Κεφάλαιο 3. Copyright The McGraw-Hill Companies, Inc. 2011 Utopia Publishing, All rights reserved

11/30/2015 ΚΥΤΤΑΡΙΚΑ ΟΡΓΑΝΙΔΙΑ Κυτταρική μεμβράνη Κυτταρόπλασμα Ενδοπλασματικό δίκτυο (αδρό & λείο) Ριβοσώματα Μιτοχόνδρια Σύστημα Golgi Λυσοσώματα Υπεροξειδιοσώματα Ινίδια (Κυτταρικός σκελετός) Κεντροσωμάτιο Πυρήνας Πυρηνική μεμβράνη Πυρηνικοί πόροι Χρωματίνη Πυρηνίσκος

ΚΥΤΤΑΡΙΚΟΣ ΣΚΕΛΕΤΟΣ Μέσα στο κύτταρο υπάρχει το κυτταροσκελετικό πλέγμα Διατηρεί το σχήμα του κυττάρου Συγκρατεί τα οργανίδια Συντονίζει την κίνηση του κυττάρου (εσωτερικά και εξωτερικά) Αποτελείται από Μικροινίδια, ενδιάμεσα ινίδια & μικροσωληνίσκους 11/30/2015

CAMPBELL REECE, ΒΙΟΛΟΓΙΑ ΤΟΜΟΣ Ι, ΠΕΚ 2010 ΚΥΤΤΑΡΟΣΚΕΛΕΤΟΣ Μικροϊνίδια (~7nm) Αποτελούνται από ακτίνη Αντιστέκονται στην τάση (δυνάμεις έλξης) Δομικό ρόλο διατήρησης του σχήματος του κυττάρου Κυρίως για ικανότητα σύσπασης και κίνησης των κυττάρων

ΚΥΤΤΑΡΟΣΚΕΛΕΤΟΣ Ενδιάμεσα ινίδια (8-12nm) Αποτελούνται από διάφορες δομές μεταξύ των οποίων και οι κερατίνες Κύριο ρόλο στη στήριξη και σχήμα του κυττάρου και των οργανιδίων Πιο συμπαγής δομή (διατηρούνται ακόμη και μετά το θάνατο του κυττάρου) 11/30/2015 2011 Utopia Publishing, All rights reserved

Μικροσωληνίσκοι (25nm) Σωληνοειδείς σχηματισμοί τουμπουλίνης Μετακίνηση μορίων και οργανιδίων στο κυτταρόπλασμα Κίνηση κυστιδίων μεταξύ ενδοκυττάριων μεμβρανών Μετακίνηση των χρωμοσωμάτων (άτρακτος) Δομικά συστατικά μαστιγίων και βλεφαρίδων Συστατικό του κεντροσωματίου 11/30/2015 2011 Utopia Publishing, All rights reserved

Εξειδικεύσεις κυττάρων Επιθηλιακά κύτταρα Καλύπτουν εξωτερικές επιφάνειες μιας δομής ή ένα σωλήνα ή κοιλότητα εμφανίζουν Εξειδικεύσεις κίνησης Βλεφαρίδες ή μαστίγια Αμοιβαδοειδής κίνηση Εξειδικεύσεις σύνδεσης Μικρολάχνες

Εξειδικεύσεις κίνησης Επιθηλιακά κύτταρα Βλεφαρίδες ή μαστίγια (όργανα κίνησης) Δομή: 9+2

Εξειδικεύσεις σύνδεσης Στενοσυνδέσεις Μοιάζουν να συντήκονται Συνδέσεις συγκόλησης Ρόλο άγκυρας Δεσμοσώματα Ημιδεσμοσώματα Συνδέσεις αγκίστρωσης Χασμοσυνδέσεις Συνδέσεις επικοινωνίας

Μοιάζουν να συντήκονται οι μεμβράνες εμποδίζουν τη διέλευση μορίων ανάμεσα στα κύτταρα ο αριθμός των πρωτεϊνών καθορίζει πόσο σφιχτά θα ενωθούν ρόλο άγκυρας Περιβάλλουν το κύτταρο ενώνονται με μικροϊνίδια σύνδεση κυτταροσκελετών γειτονικών κυττάρων ελλειψοειδείς δίσκοι σημειακές συγκολλήσεις ενδιάμεσα ινίδια + συνδετικές πρωτεΐνες γειτονικούς δίσκους κυττάρων αυξάνουν την ανθεκτικότητα του ιστού μέσα επικοινωνίας σχηματίζουν λεπτούς διαύλους μεταξύ των κυτταροπλασμάτων γειτονικών κυττάρων κίνηση μικρών μορίων αγκιστρώνουν τα κύτταρα στα υποκείμενα στρώματα συνδετικού ιστού Εξειδικεύσεις σύνδεσης 2011 Utopia Publishing, All rights reserved

Λειτουργία Μεμβρανών Επιλεκτική θυρωρός Τρεις κύριοι τρόποι Διάχυση Υποβοηθούμενο σύστημα μεταφοράς Ενδοκυττάρωση ή ενδοκύτωση

Διάχυση Διάχυση είναι η κίνηση σωματιδίων από την περιοχή με τη μεγαλύτερη συγκέντρωση προς την περιοχή χαμηλότερης συγκέντρωσης Οι περιοχές διαφορετικής συγκέντρωσης δημιουργούν διαβάθμιση συγκέντρωσης Απόλυτα διαπερατή μεμβράνη για τη διαλυμένη ουσία κίνηση της ουσίας που Τείνει να εξισώσει τις συγκεντρώσεις Επιλεκτική διαπερατότητα: όταν η μεμβράνη είναι διαπερατή για το νερό αλλά εμφανίζει διαφορετική ή καθόλου διαπερατότητα για τη διαλυμένη ουσία «Ελεύθερη» διάχυση: αέρια, ουρία, λιποδιαλυτές ουσίας (λίπη, αλκοόλες) Με διεργασίες διαμεσολάβησης: σάκχαρα, ηλεκτρολύτες, μακρομόρια

CAMPBELL REECE, ΒΙΟΛΟΓΙΑ ΤΟΜΟΣ Ι, ΠΕΚ 2010

Ώσμωση Σε περιοχές διαβάθμισης συγκέντρωσης Επιλεκτική διαπερατότητα: όταν η μεμβράνη είναι διαπερατή για το νερό αλλά εμφανίζει διαφορετική ή καθόλου διαπερατότητα για τη διαλυμένη ουσία Κίνηση του νερού και μόνο

Υπότονο = υποωσμωτικό Ισότονο = ισοωσμωτικό Υπέρτονο = υπερωσμωτικό

Διάχυση διαμέσου διαύλων Νερό & ιόντα είναι φορτισμένα ΔΕΝ μπορούν να περάσουν μέσω των φωσφολιπιδίων της μεμβράνης ΑΛΛΑ Περνούν μέσω των διαμεμβρανικών πρωτεϊνών με διάχυση

Διαμεσολαβούμενη μεταφορά Πλασματική μεμβράνη = φράγμα για μακρομόρια παρότι απαραίτητη η μεταφορά τους Είσοδος σακχάρων, λιπαρών κ.λ.π. Έξοδος προϊόντων μεταβολισμού Μεταφορά με πρωτεΐνες μεμβράνης μεταφορείς

Διαμεσολαβούμενη μεταφορά Μεταφορείς Επιτρέπουν τη διέλευση από τη διπλή στοιβάδα Υψηλή εξειδίκευση Περιορισμένη ομάδα ουσιών που μεταφέρουν Ίσως και μόνο μια ουσία

Διαμεσολαβούμενη μεταφορά Πως ελέγχεται η μεταφορά; Κάθε μόριο απασχολεί ένα υποδοχέα Σε μεγάλη συγκέντρωση μορίων επέρχεται κορεσμός των υποδοχέων = όλοι οι υποδοχείς είναι κατειλημμένοι. Διάχυση Ελεγχόμενη μεταφορά 2011 Utopia Publishing, All rights reserved

Διαμεσολαβούμενη μεταφορά Δυο είδη διαμεσολαβούμενης μεταφοράς Διευκολυνόμενη διάχυση Ο μεταφορέας βοηθάει το μόριο να διαχυθεί μέσω της μεμβράνης Παράδειγμα: η μεταφορά γλυκόζης από το αίμα μέσα στα κύτταρα Μικρή συγκέντρωση στα κύτταρα Δεν περνάει γρήγορα τη μεμβράνη υποβοηθείται από το σύστημα Ενεργητική μεταφορά Το σύστημα απαιτεί ενέργεια για τη μετακίνηση μορίων με φορά αντίθετη της διαβάθμισης συγκέντρωσης.

Διαμεσολαβούμενη μεταφορά Ενεργητική μεταφορά Αντλία νατρίου-καλίου Κάλιο απαραίτητο για Πρωτεϊνοσύνθεση & ενζυμικές λειτουργίες 20-50 φορές C εσωτερικού > C εξωτερικού του κυττάρου Νάτριο απαραίτητο για Τη δημιουργία ηλεκτρικών σημάτων στο νευρικό σύστημα 10 φορές C εσωτερικού < C εξωτερικού του κυττάρου

CAMPBELL REECE, ΒΙΟΛΟΓΙΑ ΤΟΜΟΣ Ι, ΠΕΚ 2010 Διαμεσολαβούμενη μεταφορά

Ενδοκυττάρωση Η έγκλειση υλικού από τα κύτταρα Ενεργητική μεταφορά = κατανάλωση ενέργειας Τρεις παρεμφερείς διαδικασίες Φαγοκυττάρωση Έγκλειση στερεών σωματιδίων Έγκλειση μικρών μορίων και ιόντων Ενδοκυττάρωση με διαμεσολάβηση υποδοχέα Έγκλειση μακρομορίων

Ενδοκυττάρωση Πινοκυττάρωση Μοιάζει με τη φαγοκυττάρωση αυλοί ή δεξαμενές με υποδοχείς Μεταφορά ουσιών από ένα μέρος του κυττάρου σε άλλο Πρόσληψη βιταμινών Είσοδος μορίων-σημάτων (ορμόνες, αυξητικοί παράγοντες)

Ενδοκυττάρωση Ενδοκυττάρωση με διαμεσολάβηση υποδοχέα Είσοδος πρωτεϊνών, πεπτιδικών ορμονών και χοληστερόλη Εγκολπώσεις με κλαθρίνη (πρωτεΐνη) Ανακύκλωση των υποδοχέων και της κλαθρίνης Λυσόσωμα + κυστίδιο πέψη και απορρόφηση

Εξωκυττάρωση Η αντίθετη διαδικασία της ενδοκυττάρωσης Αποβολή στο εξωτερικό του κυττάρου άπεπτων υπολειμμάτων Έκκριση ουσιών (ορμονών) Μεταφορά ουσιών διαμέσου κυτταρικού φράγματος π.χ. διαμέσου του τοιχώματος ενός αγγείου

ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ ΔΙΑΙΡΕΣΗ

Όλα τα υπάρχοντα κύτταρα προέρχονται από τη διαίρεση προϋπαρχόντων κυττάρων Πολυκύτταροι οργανισμοί

Κυτταρικές Διαιρέσεις Δυο τύποι κυτταρικών διαιρέσεων Μίτωση Μείωση

ΜΙΤΩΣΗ Για το σχηματισμό των σωματικών κυττάρων Αύξηση οργανισμού Αντικατάσταση κυττάρων Ίαση πληγών ΜΕΙΩΣΗ Για το σχηματισμό των γαμετών από τα άωρα γεννητικά κύτταρα

ΜΙΤΩΣΗ Η αντιγραφή του DNA (διπλασιασμός των χρωμοσωμάτων) ακολουθείται από έναν κύκλο κυτταρικής διαίρεσης. Το αποτέλεσμα είναι δύο «πανομοιότυπα» κύτταρα σε ότι αφορά στο γενετικό υλικό. Η μίτωση εξασφαλίζει ίση κατανομή του γενετικού υλικού στα κύτταρα Η επιλεγμένη έκφραση κάποιων γονιδίων στα κύτταρα είναι το αποτέλεσμα της διαφοροποίησης των κυττάρων Το μόνο διαφορετικό είναι οι όποιες μεταλλάξεις που «μπορεί» να έχουν συμβεί κατά την αντιγραφή του DNA.

ΜΕΙΩΣΗ Η αντιγραφή του DNA (διπλασιασμός των χρωμοσωμάτων) ακολουθείται από δυο κύκλους κυτταρικής διαίρεσης. Το αποτέλεσμα είναι 4 απλοειδή θυγατρικά κύτταρα τα οποία φέρουν το 1/2 γενετικό υλικό (DNA) του πατρικού κυττάρου. Μεταλλάξεις μπορούν, επίσης, να συμβούν κατά τη διάρκεια της μείωσης. Ανασυνδυασμός (διασκελισμός) και τυχαίος προσανατολισμός συμβαίνουν κατά τη διάρκεια της μείωσης. Οδηγεί σε νέους συνδυασμούς γενετικού υλικού (αύξηση της ποικιλομορφίας)

Δομή των χρωμοσωμάτων Το DNA βρίσκεται ενωμένο με πρωτεΐνες χρωματίνη Χρωματίνη οργανώνεται ΧΡΩΜΟΣΩΜΑΤΑ Χρωματίνη χαλαρά οργανωμένη πριν τη διαίρεση Πιο συμπαγής κατά τη διαίρεση Κεντρομερίδιο: θέση σύσφυξης Κινητοχώρος: δίσκος πρωτεϊνών ενωμένων με τους μικροσωληνίκους της πυρηνικής ατράκτου

Φάσεις της Μίτωσης Δυο διακριτά στάδια κυτταρικής διαίρεσης Μίτωση = διαίρεση χρωμοσωμάτων Κυτταροκίνηση = διαίρεση κυτταροπλάσματος Μίτωση μπορεί να συμβεί χωρίς κυτταροκίνηση Επανειλημμένες μιτώσεις πολυπύρηνο κύτταρο Γιγάντιοι οστεοκλάστες οστών (15-20 πυρήνες) Πολυπύρηνα κύτταρα από σύντηξη Συγκύτιο Σκελετικοί μύες σπονδυλοζώων (σύντηξη πολυάριθμων εμβρυϊκών κυττάρων 2011 Utopia Publishing, All rights reserved

ΜΕΙΩΣΗ Η αντιγραφή του DNA ακολουθείται από δυο κύκλους κυτταρικής διαίρεσης. Το αποτέλεσμα είναι 4 απλοειδή θυγατρικά κύτταρα τα οποία φέρουν το 1/2 γενετικό υλικό (DNA) του πατρικού κυττάρου. 2011 Utopia Publishing, All rights reserved

ΜΕΙΩΣΗ Ομόλογα χρωμοσώματα Διπλοειδής (2n) και απλοειδής (1n) αριθμός χρωμοσωμάτων Αλληλόμορφα: οι δύο εναλλακτικές μορφές του γονιδίου που: (α) προήλθαν από μετάλλαξη και (β) βρίσκονται πάνω στα ομόλογα χρωμοσώματα 2011 Utopia Publishing, All rights reserved

Τα στάδια τη Μείωσης σε ένα ζωικό κύτταρο Crossing-over ή Ανασυνδυασμός ή διασκελισμός Random Assortment Τυχαίος προσανατολισμός Peter J. Russell, igenetics: Copyright Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings.

Σύγκριση της Μίτωσης και της Μείωσης σε ένα διπλοειδές κύτταρο Crossing-over Peter J. Russell, igenetics: Copyright Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings. Random assortment

Σύγκριση της Μίτωσης και της Μείωσης σε ένα διπλοειδές κύτταρο (Συνέχεια) Peter J. Russell, igenetics: Copyright Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings.

Κύκλος των ευκαρυωτικών κυττάρων: κυτταρική αύξηση, διαίρεση, και μεσόφαση G 1 : Το κύτταρο προετοιμάζεται για την αντιγραφή των χρωμοσωμάτων (mrna, trna, ριβοσώματα, ένζυμα) S: Το DNA διπλασιάζεται και δημιουργούνται νέα χρωμοσώματα (αδελφές χρωματίδες). ~30% χρόνου G 2 : Το κύτταρο προετοιμάζεται για τη μίτωση και την κυτταρική διαίρεση (πρωτεΐνες ατράκτου και αστέρα) τυπικά λιγότερο από την G 1.

Κύκλος των ευκαρυωτικών κυττάρων: κυτταρική αύξηση, διαίρεση, και μεσόφαση Οι βασικές περίοδοι: G1 S G2 Στα ενήλικα κύτταρα μπορεί να επιμηκυνθεί ή και να σταματήσει και το κύτταρο να μπει σε φάση ηρεμίας G 0. Έλεγχος Κυτταρικών διαιρέσεων: Με τη μεσολάβηση ενζύμων Κινάσες εξαρτώμενες από κυκλίνες (cdk) & Κυκλίνες Φωσφορυλίωση και αποφωσφορυλίωση ειδικών cdk s ρυθμίζουν τη μετάβαση από τη μια φάση του κυτταρικού κύκλου στην επόμενη.

Ροή των κυττάρων Κυτταρική διαίρεση απαραίτητη: Ανάπτυξη Αντικατάσταση κυττάρων λόγω φυσική φθοράς Επούλωση πληγών Κατά τη γέννηση ένα βρέφος έχει 2 τρις κύτταρα 42 κυτταρικές διαιρέσεις κάθε 6-7 ημέρες Ένας ενήλικας 60 τρις κύτταρα +5 διαιρέσεις

Ροή των κυττάρων Η ανάπτυξη δεν είναι αριθμητική / μηχανιστική διαδικασία Οι κυτταρικοί τύποι έχουν διαφορετικούς ρυθμούς διαίρεσης Σε άλλους ώρες, σε άλλους μέρες, μήνες, χρόνια Κάποια νευρικά κύτταρα: σταματούν μετά τους πρώτους μήνες ανάπτυξης του εμβρύου Μυϊκά κύτταρα: σταματούν μετά τον τρίτο μήνα εμβρυικής ανάπτυξης μεγέθυνση μυϊκών ινών Δέρμα, επιθήλια: μεγάλες φθορές (1-2% ημερησίως = 100 δις) Θάνατοι Από οξειδωτικούς παράγοντες Προγραμματισμένοι κυτταρικοί θάνατοι - απόπτωση