1 ΤΑ ΜΟΡΙΑ ΤΗΣ ΖΩΗΣ Το κύτταρο αποτελείται από χηµικές ενώσεις, στις οποίες περιλαµβάνονται τα µικρά βιολογικά µόρια και τα βιολογικά µακροµόρια. Στα µικρά βιολογικά µόρια ανήκουν, τα ανόργανα στοιχεία (ασβέστιο, χλώριο, µαγνήσιο, φώσφορος, κάλιο, νάτριο), τα ιχνοστοιχεία (σίδηρος, κοβάλτιο, ιώδιο, µαγγάνιο, σελήνιο, ψευδάργυρος, κ.α.), τα απλά σάκχαρα, τα αµινοξέα, τα λιπαρά οξέα, η γλυκερίνη, οι βιταµίνες, και βέβαια το πολυτιµότερο βιολογικό µόριο, το νερό, που αποτελεί περισσότερο από το 70 % του βάρους του κυττάρου. Το νερό είναι άριστος διαλύτης για τις περισσότερες χηµικές ενώσεις και απαραίτητο για να πραγµατοποιηθούν οι βιοχηµικές αντιδράσεις. Στα βιολογικά µακροµόρια, περιλαµβάνονται οι υδατάνθρακες, τα λιπίδια, οι πρωτεΐνες και τα νουκλεϊκά οξέα (DNA, RNA). Οι τροφές περιέχουν ως κύρια συστατικά υδατάνθρακες, λιπίδια, πρωτεΐνες, νερό, µικρά οργανικά µόρια και ανόργανα στοιχεία. Τα βιολογικά µακροµόρια διασπώνται σε απλούστερες χηµικές ενώσεις, τις οποίες χρησιµοποιεί οργανισµός για να συνθέσει τα δικά του µακροµόρια και να «χτίσει» τις κυτταρικές δοµές. Αυτή είναι η λειτουργία του µεταβολισµού, που περιλαµβάνει το σύνολο των βιοχηµικών αντιδράσεων, που γίνονται σε κάθε οργανισµό. Τι γνωρίζετε για τους υδατάνθρακες; Οι υδατάνθρακες, αποτελούνται από άνθρακα, υδρογόνο και οξυγόνο, περιλαµβάνουν τα απλά σάκχαρα ή µονοσακχαρίτες (γλυκόζη, φρουκτόζη, γαλακτόζη, κ.α.), τους δισακχαρίτες (κοινή ζάχαρη, λακτόζη, µαλτόζη) και τους πολύπλοκους υδατάνθρακες ή πολυσακχαρίτες (άµυλο, γλυκογόνο, κυτταρίνη) και αποτελούν µια από τις σπουδαιότερες πηγές ενέργειας για τους οργανισµούς. Οι µονοσακχαρίτες ενώνονται κάτω από ειδικές συνθήκες και σχηµατίζουν τους πολυσακχαρίτες. Έτσι, χιλιάδες µόρια γλυκόζης ενώνονται σε αλυσίδες και δηµιουργούν το άµυλο, το γλυκογόνο και την κυτταρίνη. Το άµυλο, το κυριότερο µόριο αποταµίευσης ενέργειας στα φυτά, αποτελεί κύρια τροφή για τον άνθρωπο. Τροφές πλούσιες σε άµυλο είναι τα όσπρια, το σιτάρι, το καλαµπόκι, οι πατάτες.
2 Το γλυκογόνο βρίσκεται στα ζωικά κύτταρα και αποθηκεύεται στο συκώτι και στους µύες του ανθρώπου. ιασπάται όταν ο οργανισµός έχει ανάγκη από γλυκόζη και συνεπώς από ενέργεια. Η κυτταρίνη είναι σηµαντικό συστατικό του κυτταρικού τοιχώµατος των φυτικών κυττάρων. Τα φυτοφάγα ζώα διασπούν την κυτταρίνη, η οποία είναι η κύρια πηγή υδατανθράκων. Το πεπτικό σύστηµα του ανθρώπου δεν διασπά την κυτταρίνη και συνεπώς αυτή δεν έχει ιδιαίτερη διατροφική αξία, αλλά συµβάλει σηµαντικά στην οµαλή λειτουργία του εντέρου και από αυτή την άποψη θεωρείται απαραίτητο διατροφικό συµπλήρωµα. Η κυτταρίνη αποτελεί συστατικό διαφόρων υλικών, όπως το ξύλο και το βαµβάκι. Τι γνωρίζετε για τα λιπίδια; Τα λιπίδια είναι χηµικές ενώσεις του άνθρακα, αδιάλυτες στο νερό, µε τεράστια βιολογική σηµασία. Τα λιπίδια λειτουργούν ως προστατευτικό κάλυµµα στα κυτταρικά τοιχώµατα των βακτηρίων, στα φύλλα των ανωτέρων φυτών, στην επιδερµίδα των εντόµων και στο δέρµα των σπονδυλόζωων, ως ενεργειακό απόθεµα και ως δοµικό συστατικό των µεµβρανών. Στα σπονδυλόζωα, τα λιπίδια δίνουν τη µισή ενέργεια από αυτή που απαιτείται για τη λειτουργία του συκωτιού, των νεφρών και της καρδίας. Αντίθετα ο εγκέφαλος χρησιµοποιεί αποκλειστικά γλυκόζη για τις ενεργειακές του ανάγκες. Τι γνωρίζετε για τις πρωτεΐνες; Οι πρωτεΐνες αποτελούνται από µικρότερες χηµικές ενώσεις, τα αµινοξέα, τα οποία συνδέονται µεταξύ τους µε τον πεπτιδικό δεσµό. Υπάρχουν στη φύση, από τα βακτήρια έως τον άνθρωπο, 20 διαφορετικά αµινοξέα, που συνδυάζονται µεταξύ τους για να δώσουν την µεγάλη ποικιλία των πρωτεϊνών. Οι πρωτεΐνες συµµετέχουν στις κυτταρικές δοµές (δοµικές πρωτεΐνες - κερατίνη των τριχών, των νυχιών και των φτερών, το κολλαγόνο των οστών, των τενόντων και του δέρµατος), είτε δρουν ως καταλύτες στις βιοχηµικές αντιδράσεις (ένζυµα), είτε σχετίζονται µε την κίνηση (ακτίνη και µυοσίνη των µυών), τη µεταφορά ουσιών (αιµοσφαιρίνη των ερυθρών αιµοσφαιρίων, που µεταφέρει οξυγόνο) και την άµυνα (αντισώµατα).
3 Τι γνωρίζετε για τα νουκλεϊκά οξέα; Τα νουκλεϊκά ή νουκλεϊνικά οξέα (DNA, RNA) είναι βιολογικά µακροµόρια και αποτελούνται από µικρότερες χηµικές ενώσεις, που ονοµάζονται νουκλεοτίδια. Πολλά νουκλεοτίδια, εκατοµµύρια για το DNA και 80-200 χιλιάδες για το RNA ενώνονται και σχηµατίζουν µακριές αλυσίδες. Το DNA και RNA απαρτίζονται από τέσσερα διαφορετικά νουκλεοτίδια (δεσοξυριβονουκλεοτίδια και ριβονουκλεοτίδια, αντίστοιχα). Τα νουκλεοτίδια συγκροτούνται από τρία διαφορετικά µόρια που συνδέονται µεταξύ τους µε οµοιοπολικό δεσµό. Αυτά είναι µια αζωτούχος βάση, µια πεντόζη και µια φωσφορική ρίζα. Η αζωτούχες βάσεις είναι ενώσεις του άνθρακα και του αζώτου. Η πεντόζη ανήκει στα απλά σάκχαρα και την συναντάµε ως δεσοξυριβόζη στο DNA και ως ριβόζη στο RNA. Να αναφέρετε τρεις τροφές πλούσιες σε: α) υδατάνθρακες, β) λιπίδια, γ) πρωτεΐνες. Απάντηση α) καλαµπόκι, φασόλια, ψωµί, πατάτες, ζάχαρη, µέλι, σταφίδες. β) λάδι, κρέας (βοδινό, ζαµπόν), σόγια, αυγό, παστό ψάρι. γ) παστό ψάρι, σόγια, κρέας, φακές, αυγό. (Η επιλογή των τριών τροφών ανά περίπτωση να γίνει από τους µαθητές)
4 ΤΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΩΝ ΕΥΚΑΡΥΩΤΙΚΩΝ ΚΥΤΤΑΡΩΝ Το ευκαρυωτικό κύτταρο χαρακτηρίζεται από την παρουσία οργανωµένου πυρήνα. Ο πυρήνας περιβάλλεται από την διπλή πυρηνική µεµβράνη, που διαχωρίζει τον πυρήνα από την διαυγή ζελατινώδη µάζα, το κυτταρόπλασµα και διαθέτει πόρους που επιτρέπουν την διακίνηση διαφόρων µορίων µεταξύ κυτταροπλάσµατος και πυρήνα. Το κύτταρο περικλείεται από την κυτταρική µεµβράνη, η οποία αποτελείται από λιπίδια και πρωτεΐνες και βοηθάει το κύτταρο να επικοινωνεί µε το περιβάλλον και µε άλλα γειτονικά κύτταρα, ενώ ταυτόχρονα ελέγχει την είσοδο και έξοδο των διαφόρων ουσιών. Στο κυτταρόπλασµα, που αποτελείται από νερό, µικρά βιολογικά µόρια και βιολογικά µακροµόρια, βρίσκονται τα κυτταρικά οργανίδια και άλλες εξειδικευµένες δοµές, που συνιστούν την υποκυτταρική οργάνωση, που γίνεται αντιληπτή στις λεπτοµέρειές της µόνο µε το ηλεκτρονικό µικροσκόπιο. Τα κυριότερα οργανίδια που εντοπίζονται στο κυτταρόπλασµα είναι τα ριβοσώµατα για τη σύνθεση των πρωτεϊνών, τα µιτοχόνδρια για την παραγωγή ενέργειας, τα λυσοσώµατα για τη διάσπαση των άχρηστων ουσιών κυττάρου και αποικοδόµηση ή µετατροπή εισερχοµένων ουσιών στο κύτταρο. Το µιτοχόδριο περιβάλλεται από διπλή µεµβράνη και περιέχει γενετικό υλικό και ριβοσώµατα, ενώ το λυσόσωµα περιβάλλεται από απλή µεµβράνη. Άλλες εξειδικευµένες δοµές που περιέχονται στο κυτταρόπλασµα είναι το ενδοπλασµατικό δίκτυο, ένα σύστηµα µεµβρανών που σχηµατίζουν αγωγούς και το σύστηµα Golgi, το οποίο αποτελείται από πακεταρισµένες παράλληλα µεµβρανικές δεξαµενές µε πεπλατυσµένη κεντρική περιοχή και διογκωµένη περιφέρεια. Το ενδοπλασµατικό δίκτυο το συναντούµε σε δύο µορφές, ως αδρό ή κοκκιώδες, όταν στις µεµβράνες του βρίσκονται προσκολληµένα τα ριβοσώµατα και ως λείο ενδοπλασµατικό δίκτυο όταν δεν έχει στην επιφάνεια του ριβοσώµατα. O πυρήνας περιέχει το γενετικό υλικό, DNA, τα διάφορα ένζυµα που χρειάζονται για την αντιγραφή και µεταγραφή του, τον πυρηνίσκο, που σχετίζεται µε την παραγωγή των ριβοσωµάτων και πολλά άλλα βιοµόρια, που εµπλέκονται στη γονιδιακή ρύθµιση και στο πακετάρισµα του DNA σε χρωµοσώµατα. Τυπική µορφή φυτικού κυττάρου, όπου µπορούµε να διακρίνουµε τον πυρήνα και τα κυτταρικά οργανίδια, όπως και το κυτταρικό τοίχωµα. Σε µεγαλύτερη µεγέθυνση
5 παρουσιάζεται σε λεπτοµέρειες η δοµή του χλωροπλάστη. Χαρακτηριστική είναι η διαµόρφωση των θυλακοειδών. Στο ευκαρυωτικό φυτικό κύτταρο επιπλέον, εκτός από τις κυτταρικές δοµές που περιγράψαµε, συναντούµε το κυτταρικό τοίχωµα, τους χλωροπλάστες και τα χυµοτόπια. Το κυτταρικό τοίχωµα περιβάλλει την κυτταρική µεµβράνη, αποτελείται κυρίως από µικροϊνίδια κυτταρίνης και ο ρόλος του είναι στηριστικός, ενώ ακόµη παρέχει µηχανική προστασία στο κυτταρόπλασµα και έχει µορφογενετικό ρόλο στην ανάπτυξη του οργανισµού. Οι χλωροπλάστες είναι οργανίδια µε φακοειδές σχήµα, που περιβάλλονται από διπλή µεµβράνη και περιέχουν γενετικό υλικό και ριβοσώµατα και τις φωτοχρωστικές, απαραίτητες για τη λειτουργία της φωτοσύνθεσης. Το προκαρυωτικό κύτταρο, που θεωρείται πρόγονος του ευκαρυωτικού κυττάρου, δεν έχει πυρηνική µεµβράνη, το γενετικό υλικό βρίσκεται µέσα στο κυτταρόπλασµα, σε ένα χώρο που ονοµάζεται πυρηνοειδές. Επιπλέον, το προκαρυωτικό κύτταρο, δεν διαθέτει µιτοχόνδρια, χλωροπλάστες, ενδοπλασµατικό δίκτυο, ενώ το κυτταρικό του τοίχωµα είναι πιο πολύπλοκο. Κ.Ε. Κεραµάρης ρ. Βιολόγος