Β. ΚΑΜΙΝΕΛΛΗΣ ΒΙΟΛΟΓΙΑ. Είναι η επιστήμη που μελετά τους ζωντανούς οργανισμούς. (Αποτελούνται από ένα ή περισσότερα κύτταρα).

Transcript

1 ΒΙΟΛΟΓΙΑ Είναι η επιστήμη που μελετά τους ζωντανούς οργανισμούς. (Αποτελούνται από ένα ή περισσότερα κύτταρα). Είδη οργανισμών Υπάρχουν δύο είδη οργανισμών: 1. Οι μονοκύτταροι, που ονομάζονται μικροοργανισμοί ή μικρόβια, διότι δεν διακρίνονται με γυμνό μάτι. 2. Οι πολυκύτταροι οργανισμοί. Στους πολυκύτταρους ανήκουν τα φυτά και τα ζώα. Είδη κυττάρων Κάθε οργανισμός αποτελείται από ένα ή περισσότερα κύτταρα. Υπάρχουν δύο είδη κυττάρων/οργανισμών : 1. Τα προκαρυωτικά που δεν διαθέτουν οργανωμένο πυρήνα. 2. Τα ευκαυρυωτικά, που έχουν οργανωμένο πυρήνα και άλλα κυτταρικά, μεμβρανώδη οργανίδια. Τα προκαρυωτικά κύτταρα Είναι τα πιο απλά κύτταρα. Τα βακτήρια, είναι προκαρυωτικοί, μονοκύτταροι οργανισμοί. Εμφανίστηκαν πριν από 3,6 δις χρόνια, και δεν εξελίχθηκαν. Διαθέτουν: 1. Πλασματική μεμβράνη Ρόλος: α. Διαχωρίζει το εσωτερικό από το εξωτερικό περιβάλλον του κυττάρου. β. Ελέγχει την είσοδο και την έξοδο των ουσιών. γ. Διαθέτει ειδικά μόρια υποδοχείς, που δέχονται μηνύματα από το περιβάλλον. Τα μηνύματα είναι χημικές ουσίες που «ταιριάζουν» με τους υποδοχείς, και ελέγχουν ορισμένες λειτουργίες του κυττάρου. Τέτοια «μηνύματα» μπορεί να είναι και μικρόβια.

2 Μήνυμα χημική ένωση υποδοχείς κύτταρο 1 κύτταρο 2 Εικόνα Σφάλμα! Δεν υπάρχει κείμενο καθορισμένου στυλ στο έγγραφο.1: Κάθε κύτταρο, διαθέτει χιλιάδες ίδιους υποδοχείς. 2. Γενετικό υλικό (κυρίως το DNA) Ρόλος: Καθορίζει τις δομές και τις λειτουργίες των κυττάρων (και τα χαρακτηριστικά των οργανισμών, γενικότερα). 3. Ριβοσώματα Ρόλος: Η σύνθεση των πρωτεϊνών. 4. Το κυτταρόπλασμα το οποίο περιέχει δομές (ριβοσώματα) και υλικά (π.χ. αμινοξέα, νουκλεοτίδια) για τη σύνθεση των βιομορίων (τα μόρια του κυττάρου). ΤΑ ΒΙΟΜΟΡΙΑ Ποια είναι, τι είναι Ένα κύτταρο, που προκύπτει από κυτταρική διαίρεση, προτού διαιρεθεί και το ίδιο, θα πρέπει, να αναπτυχθεί (σε μέγεθος). Σ αυτό το χρονικό διάστημα, το κύτταρο, πραγματοποιεί διάφορες λειτουργίες. Λειτουργικά, αλλά και δομικά συστατικά των κυττάρων είναι οι πρωτεΐνες. Για τη δομή αλλά και για τη λειτουργία των κυττάρων απαιτείται ενέργεια. Η ενέργεια προσφέρεται στα κύτταρα από τη διάσπαση της γλυκόζης. Σχετικά με το ποιες πρωτεΐνες θα συντεθούν στο κύτταρο, το καθορίζουν μόρια που βρίσκονται στον πυρήνα των ευκαρυωτικών κυττάρων, τα νουκλεϊκά οξέα. Τα νουκλεϊκά οξέα είναι δύο: το DNA και το RNA. Τα νουκλεϊκά οξέα αποτελούν το γενετικό υλικό των κυττάρων (οργανισμών), διότι καθορίζουν τη δομή και τη λειτουργία τους και (γενικώς) τα χαρακτηριστικά των οργανισμών. Οι πρωτεΐνες, οι υδατάνθρακες (κυριότερος είναι η γλυκόζη) και τα νουκλεϊκά οξέα είναι οργανικές ενώσεις, απαραίτητες - όπως γίνεται εύκολα αντιληπτό - για την ύπαρξη των κυττάρων και την επιβίωση των ζωντανών οργανισμών. Οργανικές, ονομάζονται οι ενώσεις του άνθρακα (εκτός από το διοξείδιο του άνθρακα και το μονοξείδιο του άνθρακα). Οι οργανικές ενώσεις συντίθενται από ανόργανα στοιχεία. Τα κυριότερα ανόργανα στοιχεία είναι ο άνθρακας (C), το υδρογόνο (Η), το οξυγόνο (Ο2) και το άζωτο (Ν2). Από ανόργανα

3 στοιχεία αποτελούνται οι ανόργανες ενώσεις, όπως το νερό (Η2Ο) που είναι ένα από τα σημαντικότερα βιομόρια. (Ένας οργανισμός αποτελείται, τουλάχιστον, κατά 75% από νερό). Τα χαρακτηριστικά των βιομορίων είναι η σταθερότητα (για τη δημιουργία σταθερών δομών) και η ποικιλότητα (για την ποικιλία των λειτουργιών). Η σταθερότητα επιτυγχάνεται με τους ομοιοπολικούς δεσμούς που αναπτύσσονται μεταξύ των ανόργανων στοιχείων, ενώ η ποικιλότητα επιτυγχάνεται με τους ποικίλους τρόπους σύνδεσης των ανόργανων στοιχείων. Πώς παράγονται Η γλυκόζη (αλλά και όλες οι οργανικές ενώσεις) παράγονται πρωτογενώς - από τους παραγωγούς (τα φυτά). Η σύνθεση της γλυκόζης πραγματοποιείται με μια διαδικασία που ονομάζεται φωτοσύνθεση. Κατά τη φωτοσύνθεση, δεσμεύεται η ηλιακή ακτινοβολία από τα φυτά και με τη βοήθεια των ανόργανων ενώσεων, διοξείδιο του άνθρακα (CO2) και νερό (H2O), παράγεται η γλυκόζη. (C6H12O6 - H ενέργεια δεσμεύεται στους δεσμούς που αναπτύσσονται μεταξύ των ατόμων του άνθρακα.) Το διοξείδιο του άνθρακα εισέρχεται από τα στόματα των φύλλων, ενώ άλλα ανόργανα στοιχεία προσλαμβάνονται από τις ρίζες των φυτών για τη σύνθεση και των άλλων οργανικών ενώσεων, που είναι απαραίτητες για τη δομή και τη λειτουργία των κυττάρων. Η φωτοσύνθεση: 6CO H 2 O C 6 H 12 O 6 + 6O 2 + 6H 2 O Η διάσπαση της γλυκόζης είναι αυτή που παρέχει ενέργεια στα κύτταρα. Η διαδικασία ονομάζεται κυτταρική αναπνοή και πραγματοποιείται κυρίως στα μιτοχόνδρια. Η κυτταρική αναπνοή C 6 H 12 O 6 + 6O 2 6CO H 2 O + ενέργεια (36ATP) Οι οργανισμοί που παράγουν μόνοι τους τη γλυκόζη, ονομάζονται αυτότροφοι, ενώ οι οργανισμοί που την προσλαμβάνουν από άλλους οργανισμούς, ονομάζονται ετερότροφοι. \ Οι ετερότροφοι παράγουνν και αυτοί τις δικές τους οργανικές ενώσεις που χρειάζονται για τις λειτουργίες και τη δομή των δικών τους κυττάρων. Οι ετερότροφοι οργανισμοί εξασφαλίζουν τις οργανικές ενώσεις (που είναι απαραίτητες για τη δομή, τη λειτουργία και παραγωγή ενέργειας) με την τροφή τους. Οι οργανικές ενώσεις που περιέχονται στην τροφή, διασπώνται σε απλούστερες ενώσεις από τα όργανα του γαστρεντερικού σωλήνα (στοματική κοιλότητα, φάρυγγας, οισοφάγος, στομάχι, λεπτό και παχύ έντερο), για να απορροφηθούν τελικά από το λεπτό έντερο. Στη συνέχεια μέσα από την κυκλοφορία του αίματος θα μεταφερθούν σε όλους τους ιστούς, ώστε τα κύτταρα να συνθέσουν τις δικές τους οργανικές ενώσεις. Οι διαδικασίες διάσπασης των μεγαλομοριακών οργανικών ενώσεων σε απλούστερες και η σύνθεση μεγαλομοριακών ενώσεων από απλούστερες,

4 αποτελούν το μεταβολισμό. Ο καταβολισμός περιλαμβάνει δύο ειδών διαδικασίες. Τη σύνθεση μεγαλομοριακών ουσιών από μικρότερα μόρια (αναβολισμός) και τη διάσπαση μεγαλομοριακών ουσιών σε απλούστερες (καταβολισμός). Οι αντιδράσεις αναβολισμού για να πραγματοποιηθούν χρειάζονται ενέργεια (ενδόθερμες αντιδράσεις), ενώ οι αντιδράσεις καταβολισμού εκλύουν ενέργεια (εξώθερμες). ΓΑΣΤΡΕΝΤΕΡΙΚΟΣ ΣΩΛΗΝΑΣ στοματική κοιλότητα φάρυγγας οισοφάγος στομάχι λεπτό έντερο: απορρόφηση θρεπτικών συστατικών παχύ έντερο: απομάκρυνση άχρηστων συστατικών απεκκρίσεις Εικόνα 3:Τα θρεπτικά συστατικά απορροφούνται από το λεπτό έντερο και μέσα από την κυκλοφορία του αίματος, μεταφέρονται στους ιστούς του οργανισμού, για να χρησιμοποιηθούν από τα κύτταρα. Κάθε μεταβολική διαδικασία (αντίδραση), για να πραγματοποιηθεί χρειάζεται τη συμμετοχή ειδικών πρωτεϊνών των ενζύμων. Η λειτουργία των ενζύμων, όπως και κάθε πρωτεΐνης, εξαρτάται από τη μορφή τους. Συγκεκριμένα, για να διασπαστεί μία ουσία, θα πρέπει να τοποθετηθεί σε ειδική περιοχή του ενζύμου, που ονομάζεται ενεργό κέντρο. Σε υψηλή θερμοκρασία (π.χ. πυρετός), τα ένζυμα καταστρέφονται και επομένως χάνουν τη λειτουργικότητά τους. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται μετουσίωση.

5 ουσία ΑΒ ουσία ΓΔ Ενεργό κέντρο ένζυμο 2 ένζυμο 1 i Εικόνα 2: Η λειτουργική περιοχή του ενζύμου είναι το ενεργό κέντρο. Υπάρχει εξειδίκευση μεταξύ υποστρώματος ενζύμου Ο ΣΚΟΠΟΣ ΤΗΣ ΥΠΑΡΞΗΣ ΤΩΝ ΖΩΝΤΑΝΩΝ ΟΡΓΑΝΙΣΜΩΝ Ποιος είναι άραγε ο σκοπός της ύπαρξης των ζωντανών οργανισμών; - Η διαιώνιση των ειδών, είναι η απάντηση. Πώς επιτυγχάνεται η διαιώνιση; - Η διαιώνιση επιτυγχάνεται με την αναπαραγωγή. Είδη αναπαραγωγής Υπάρχουν δύο είδη αναπαραγωγής, η μονογονία (για τους μονοκύτταρους οργανισμούς) και η αμφιγονία (για τους πολυκύτταρους οργανισμούς). Για να αναπαραχθεί όμως ένας ζωντανός οργανισμός, θα πρέπει να αναπτυχθεί (σε μέγεθος). Οι μονοκύτταροι οργανισμοί αναπτύσσονται, ακολουθώντας τον κύκλο ζωής ενός κυττάρου (κυτταρικός κύκλος), ενώ οι πολυκύτταροι οργανισμοί, αναπτύσσονται, αυξάνοντας των αριθμό των κυττάρων τους, που επιτυγχάνεται με συνεχείς κυτταρικές διαιρέσεις. Είδη κυτταρικών διαιρέσεων Υπάρχουν δύο είδη κυτταρικών διαιρέσεων: Η μίτωση, που πραγματοποιείται στα σωματικά κύτταρα κατά την αύξηση των πολυκύτταρων οργανισμών, καθώς και κατά την αναπαραγωγή των μονοκύτταρων οργανισμών, και η μείωση, που πραγματοποιείται στα κύτταρα από τα οποία πρόκειται να προκύψουν γαμέτες. Πώς προκύπτει ένας πολυκύτταρος οργανισμός; Κάθε πολυκύτταρος οργανισμός προκύπτει από τη γονιμοποίηση ενός ωαρίου από ένα σπερματοζωάριο. Έτσι προκύπτει το πρώτο κύτταρο, το ζυγωτό, από το οποίο με συνεχείς κυτταρικές διαιρέσεις (εμβρυογένεση), θα προέλθει ο πολυκύτταρος οργανισμός. Κατά την διάρκεια της εμβρυογένεσης, τα κύτταρα διαφοροποιούνται, δηλ. εξειδικεύονται στη μορφή και στη λειτουργία. Έτσι για παράδειγμα, τα πρόδρομα ερυθρά αιμοσφαίρια

6 έχουν σφαιρική μορφή και μεταφέρουν οξυγόνο από τους πνεύμονες στους ιστούς. Επίσης, τα ένζυμα, ανάλογα με τη μορφή τους, καταλύουν και διαφορετικές αντιδράσεις. (εικ. 2) Ποιος καθορίζει τη δομή και τις λειτουργίες του κυττάρου; Το κύτταρο, «ενδιαφέρεται» να διαιρεθεί. Αυτό - όπως συμβαίνει και με τους οργανισμούς-, προϋποθέτει: α. την αύξηση του κυττάρου (δηλ. τη σύνθεση πρωτεϊνών) β. την αντιγραφή του νουκλεϊκού οξέος. DNA Εικόνα 4: Το κύτταρο "ενδιαφέρεται" να διαιρεθεί Όπως αναφέρθηκε, οι πρωτεΐνες είναι υπεύθυνες για τη δομή και τις λειτουργιές του κυττάρου. Όμως, το ποιες πρωτεΐνες θα συνθέσει το κύτταρο, το καθορίζει το DNA, πάνω στο οποίο βρίσκονται συγκεκριμένες λειτουργικές μονάδες, τα γονίδια. Οι πρωτεΐνες συντίθενται στα ριβοσώματα. Για το σκοπό αυτό, για να συντεθούν, πρέπει το γονίδιο πρώτα να μεταγραφεί σε RNA και στη συνέχεια το RNA μεταφράζεται σε πρωτεΐνες. Η μεταγραφή μαζί με τη μετάφραση αποτελούν την έκφραση της γενετικής πληροφορίας. Επίσης, στο DNA είναι «γραμμένη» η πληροφορία για τον αυτοδιαπλασιασμό του. Διαπιστώθηκε ότι, σε ορισμένους RNA ιούς, υπάρχει η δυνατότητα αντιγραφής του RNA, ενώ σε κάποιους άλλους ιούς (RNΑ) συντίθεται DNA με μήτρα το RNA, (αντίστροφη μεταγραφή). Οι τελευταίοι ιοί - όπως ο HIV, που προκαλεί το AIDS - εκτός από το RNA έχουν και το ένζυμο αντίστροφη μεταγραφάση. Όλα τα παραπάνω αποτελούν το κεντρικό δόγμα της Μοριακής Βιολογίας, που απεικονίζεται συνοπτικά παρακάτω: ΤΟ ΚΕΝΤΡΙΚΟ ΔΟΓΜΑ ΤΗΣ ΜΟΡΙΑΚΗΣ ΒΙΟΛΟΓΙΑΣ μεταγραφή έκφραση μετάφραση DNA RNA Πρωτεΐνες

7 Από τα ανόργανα στοιχεία στο κύτταρο και. Τα κύτταρα περιέχουν οργανίδια, τα οργανίδια περιέχουν οργανικές ενώσεις, οι οργανικές ενώσεις αποτελούνται από ανόργανα στοιχεία. από το κύτταρο στον οργανισμό Πολλά κύτταρα με ίδια μορφή και λειτουργία αποτελούν έναν ιστό (π..χ νευρικός ιστός, μυϊκός ιστός). Οι ιστοί «φτιάχνουν» τα όργανα (π.χ. καρδιά, αγγεία, πνεύμονες κ.λπ.), όργανα με ίδια λειτουργία αποτελούν ένα σύστημα (π.χ. κυκλοφορικό σύστημα, πεπτικό σύστημα, αναπνευστικό σύστημα, νευρικό σύστημα κ.λπ.). ανόργανα στοιχεία οργανικές ενώσεις οργανίδια κύτταρα ιστοί όργανα σύστημα οργανισμός Εικόνα 5: Από τα ανόργανα στοιχεία στο κύτταρο και από το κύτταρο στους οργανισμούς. ΤΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΩΝ ΖΩΝΤΑΝΩΝ ΟΡΓΑΝΙΣΜΩΝ 1. Δομή (μορφή) και λειτουργία Σε όλα τα επίπεδα οργάνωσης των ζωντανών οργανισμών, δηλ. από τα μόρια, έως τα κύτταρα και τους οργανισμούς, η μορφή εξυπηρετεί τη λειτουργία τους. 2. Κίνηση 3. Ερεθιστικότητα Είναι η ικανότητα των ζωντανών οργανισμών να αντιλαμβάνονται τις μεταβολές του περιβάλλοντος και να αντιδρούν σ αυτές. 4. Μεταβολισμός Είναι το σύνολο των αντιδράσεων που πραγματοποιούνται σ ένα κύτταρο. 5. Ομοιόσταση Είναι η ικανότητα των οργανισμών να διατηρούν σταθερό το εσωτερικό τους περιβάλλον. 6. Αναπαραγωγή 7. Τελεονομία (Τέλος σκοπός) Οι ζωντανοί οργανισμοί υπάρχουν για να διαιωνίζουν το είδος τους. ΒΑΣΙΛΗΣ ΚΑΜΙΝΕΛΛΗΣ ΒΙΟΛΟΓΟΣ