ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΦΥΣΙΟΛΟΓΙΑ ΤΟΥ ΑΝΘΡΩΠΟΥ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΦΥΣΙΟΛΟΓΙΑ ΤΟΥ ΑΝΘΡΩΠΟΥ ΤΟ ΚΥΤΤΑΡΟ Ιωάννης Λεγακης Ενδοκρινολόγος. 1

Γενικές αρχές φυσιολογίας 1/2 Ορισμός Φυσιολογία είναι η επιστήμη που ασχολείται με την μελέτη της λειτουργίας των ζωντανών οργανισμών. Μελετά τον τρόπο λειτουργίας των κυττάρων, των ιστών, των οργάνων και των συστημάτων. Για να κατανοήσει κανείς κάτι, το πιο ασφαλές είναι να μάθει πώς λειτουργεί. Έτσι αναπτύσσεται η επιστημονική παρατήρηση και η επιστημονική σκέψη (αναλυτική και συνθετική). Σε περίπτωση δε δυσλειτουργίας ενός συστήματος για να το επιδιορθώσουμε αναλύουμε τη φυσιολογική του λειτουργία. H φυσιολογία μαθαίνοντας μας τις αρχές λειτουργίας των ζωντανών οργανισμών μας βοηθά να κατανοήσουμε τις ασθένειές τους και να επέμβουμε αποτελεσματικότερα στην αντιμετώπισή τους. 2

Γενικές αρχές φυσιολογίας 2/2 Υπάρχει η φυσιολογία ανθρώπων, ζώων και φυτών. Στηρίζεται στην παρατήρηση και το πείραμα. Καλλιεργεί την επιστημονική σκέψη αλλά και την πρακτική αντιμετώπιση των δυσλειτουργιών. Βοηθιέται από πολλές άλλες επιστήμες τις οποίες επίσης βοηθά, π.χ. χημεία, φυσική, ανατομία, ιστολογία. Στηρίζεται σε ορισμένες αρχές, δηλ. την δομή και λειτουργία των κυττάρων, την δομή και σύσταση των υγρών του σώματος και τις δυνάμεις που επενεργούν τόσο στα κύτταρα όσο και στα διαμερίσματα υγρών. 3

Κύτταρο 1/2 Το κύτταρο είναι η μικρότερη μονάδα ζωής που μπορεί να υπάρξει αυτόνομη. Με βάση τα κύτταρα, οι οργανισμοί διακρίνονται σε μονοκυττάριους και πολυκυττάριους. Στους μονοκυττάριους οργανισμούς όλες οι διαδικασίες συμβαίνουν σε ένα μοναχικό κύτταρο (π.χ. αμοιβάδα). Καθώς η εξέλιξη προχώρησε στους πολυκυττάριους οργανισμούς, διάφορες ομάδες κυττάρων απέκτησαν συγκεκριμένες λειτουργίες. 4

Κύτταρο 2/2 Στα ανώτερα ζώα και τον άνθρωπο οι εξειδικευμένες κυτταρικές ομάδες περιλαμβάνουν : Ένα γαστρεντερικό σύστημα για την απορρόφηση και την πέψη της τροφής, Ένα αναπνευστικό σύστημα για πρόσληψη Ο2 και απομάκρυνση CO2, Ένα απεκκριτικό σύστημα για να απομακρύνει τις άχρηστες ουσίες, Ένα καρδιαγγειακό σύστημα για να διανέμει την τροφή, το Ο2 και τα προϊόντα μεταβολισμού, Ένα αναπαραγωγικό σύστημα για την διαιώνιση του είδους, Ένα νευρικό και ένα ενδοκρινικό σύστημα για να επισκοπούν, να ελέγχουν και να συντονίζουν τις λειτουργίες των άλλων συστημάτων. 5

Τα κύτταρα διακρίνονται σε ευκαρυωτικά και σε προκαρυωτικά. ΚΥΤΤΑΡΟ Ορισμός: Το κύτταρο αποτελεί τη μικρότερη δομική μονάδα των ζωντανών οργανισμών. -Όλοι οι οργανισμοί που ζουν ελεύθερα αποτελούνται από κύτταρα και τα προϊόντά τους. -Όλα τα κύτταρα είναι βασικά όμοια ως προς τη χημική τους συγκρότηση. Νέα κύτταρα σχηματίζονται από προϋπάρχοντα με κυτταρική διαίρεση. -Η δραστηριότητα ενός οργανισμού είναι το άθροισμα των δραστηριοτήτων και αλληλεπιδράσεων των κυττάρων του. Τα κύτταρα διακρίνονται σε ευκαρυωτικά και σε προκαρυωτικά. 6

“Celltypes”, από Kelvinsong διαθέσιμο ως κοινό κτήμα Ευκαριωτικά και προκαρυωτικά κύτταρα “Celltypes”, από Kelvinsong διαθέσιμο ως κοινό κτήμα 8 8

Οργανίδια κυττάρου Εν τούτοις μερικά οργανίδια είναι κοινά για τα περισσότερα κύτταρα όπως : η κυτταρική μεμβράνη και οι συσχετίσεις της με άλλα κύτταρα, ο πυρήνας με τις δομές του, το ενδοπλασματικό δίκτυο, η συσκευή Golgi, τα μιτοχόνδρια, τα λυσοσσώματα, τα κεντριόλια, οι μικροσωληνίσκοι και τα μικροϊνίδια, τα εκκριτικά κοκκία. 9

Καθένα από τα 75 τρισεκατομμύρια κύτταρα του ανθρώπινου ΚΥΤΤΑΡΟ Καθένα από τα 75 τρισεκατομμύρια κύτταρα του ανθρώπινου σώματος είναι ένας ζωντανός οργανισμός Το τυπικό ευκαρυωτικό κύτταρο αποτελείται από δύο κυρίως μέρη: Τον πυρήνα και Το κυτταρόπλασμα Τροποποιημένο από Guyton 10

Ο πυρήνας χωρίζεται από το κυτταρόπλασμα με την πυρηνική μεμβράνη Το κύτταρο χωρίζεται από το γύρω περιβάλλον με την κυτταρική ή κυτταροπλασματική μεμβράνη Ο πυρήνας χωρίζεται από το κυτταρόπλασμα με την πυρηνική μεμβράνη Οι διάφορες ουσίες που απαρτίζουν το κύτταρο ονομάζονται πρωτόπλασμα ή κυτταρόπλασμα Το κυτταρόπλασμα αποτελείται από νερό, ηλεκτρολύτες, πρωτεΐνες, λιποειδή και υδατάνθρακες Τροποποιημένο από Guyton 11

Περιέχει τα οργανύλια, φυσικές δομές υψηλής οργάνωσης, που ΔΟΜΗ ΤΟΥ ΚΥΤΤΑΡΟΥ Το κύτταρο δεν είναι απλά ένας ασκός με υγρά, ένζυμα και χημικές ουσίες Περιέχει τα οργανύλια, φυσικές δομές υψηλής οργάνωσης, που έχουν μεγάλη σημασία για την απρόσκοπτη λειτουργία του κυττάρου Τροποποιημένο από Guyton 12

Υφή της κυτταρικής μεμβράνης: Γενικά το κύτταρο αποτελείται από ένα σύμπλεγμα μεμβρανωδών σχηματισμών. Οι μεμβράνες αυτές αποτελούνται από λιποειδή και πρωτεΐνες Τα λιποειδή αποτελούν φραγμό που εμποδίζει την ελεύθερη διακίνηση νερού και υδατοδιαλυτών ουσιών από το ένα κυτταρικό διαμέρισμα στο άλλο Τροποποιημένο από εγχειρίδιο Φυσιολογίας Δεσπόπουλου

Η συνέχεια του λιποειδικού φραγμού διακόπτεται από πρωτεΐνες, που αποτελούν οδούς για το πέρασμα διαφόρων ουσιών από τη μεμβράνη Άλλες ουσίες εισέρχονται στο εσωτερικό του κυττάρου ή εξέρχονται δίχως να καταναλώνεται ενέργεια, ενώ για άλλες είναι απαραίτητη η κατανάλωση ενέργειας. Με αυτό τον τρόπο επιτυγχάνεται ομοιόσταση του ενδοκυτταρίου χώρου, ο οποίος παραμένει ανεπηρέαστος από το εξωτερικό περιβάλλον. Τροποποιημένο από εγχειρίδιο Φυσιολογίας Δεσπόπουλου

α) Η κυτταροπλασματική μεμβράνη. Περιβάλλει τελείως το κύτταρο Αποτελείται από πρωτεΐνες και λιποειδή Τροποποιημένο από Guyton

Λιποειδικός φραγμός της κυτταρικής μεμβράνης: Το βασικό στοιχείο της κυτταρικής μεμβράνης είναι μια λιποειδική διπλή στοιβάδα που εκτείνεται σε ολόκληρη την κυτταρική επιφάνεια Μέσα σε αυτό το λιποειδικό στρώμα βρίσκονται διάσπαρτα μεγάλα σφαιρικά μόρια πρωτεΐνης Τροποποιημένο από Guyton

Ιδιαίτερο χαρακτηριστικό της διπλής λιποειδικής στοιβάδας είναι ότι πρόκειται για υγρό και όχι στερεό, δηλαδή τμήματα της μεμβράνης μπορούν κυριολεκτικά να ρέουν από το ένα σημείο της στο άλλο. Η μεμβράνη είναι ημιδιαπερατή και έτσι επιτυγχάνεται η εκλεκτική διαπερατότητα των διαφόρων ουσιών στο εσωτερικό του κυττάρου. Τροποποιημένο από Guyton

Υδατάνθρακες της μεμβράνης: Απαντώνται σχεδόν αποκλειστικά στην εξωτερική επιφάνεια. Είναι το γλυκοζυλιωμένο τμήμα μορίου γλυκοπρωτεϊνών που προεξέχει προς την εξωτερική επιφάνεια Τροποποιημένο από Guyton

“Cell membrane scheme”, από Foobar με άδεια CC BY-SA 3.0 Απεικόνιση της μεμβράνης “Cell membrane scheme”, από Foobar με άδεια CC BY-SA 3.0 19

Υποδοχείς στην μεμβράνη 1/4 Οι υποδοχείς στην μεμβράνη (receptors of the cell membrane) είναι θέσεις στις κυτταρικές μεμβράνες, όπου άλλες ουσίες έρχονται και ενώνονται μαζί τους προκειμένου να εκτελέσουν την κυτταρική τους δράση. Οι υποδοχείς της μεμβράνης είναι πρωτεΐνες. 20

Υποδοχείς στην μεμβράνη 2/4 Έχουν δύο θέσεις: Μια αναγνωριστική (recognition site) και Μια καταλυτική (transducer site). Η αναγνωριστική θέση αναγνωρίζει την ερχόμενη ουσία και την δεσμεύει. Η καταλυτική υφίσταται μια αλλαγή δομής και ή ενεργοποιεί ένα ένζυμο (συνήθως την αδενυλκυκλάση), ή ανοίγει ένα ιονικό κανάλι. Κάθε ουσία που ενεργοποιεί τον υποδοχέα αφού ενωθεί μαζί του λέγεται αγωνιστής, ενώ κάθε ουσία που όταν ενωθεί δεν τον ενεργοποιεί λέγεται ανταγωνιστής. 21

“Transmembrane receptor”, από Mouagip με άδεια CC BY-SA 3.0 Διαμεμβρανικός υποδοχέας 22 “Transmembrane receptor”, από Mouagip με άδεια CC BY-SA 3.0 22

Υποδοχείς στην μεμβράνη 3/4 Με βάση τα παραπάνω έχουμε 2 τάξεις διαμεμβρανικών υποδοχέων : Τάξη 1η : Σε αυτή οι υποδοχείς όταν ενεργοποιηθούν έχουμε άνοιγμα καναλιών (Na, ή Κ+ ή Cl- ή Ca++) και επηρεάζεται η διαβατότητα της μεμβράνης π.χ. νικοτινικός υποδοχέας της Ach (ακετυλοχολίνης). 23

Υποδοχείς στην μεμβράνη 4/4 Τάξη 2η : Είναι οι υποδοχείς που αποτελούνται από μια μακριά πεπτιδική αλυσίδα, που βρίσκεται ανάμεσα στην μεμβράνη και από μια ενδοκυτταρική καμπύλη η οποία βρίσκεται μέσα στο κύτταρο για να δεσμεύσει μια πρωτεΐνη που λέγεται G- πρωτεΐνη. Κατόπιν διεγείρει ένα δεύτερο μεταβιβαστή. (1ος μεταβιβαστής = η ουσία που έρχεται να ενωθεί με τον υποδοχέα). (Δεύτεροι μεταβιβαστές υπάρχουν πολλοί). Ας θυμόμαστε το cAMP (κυκλική μονοφωσφορική αδενοσίνη) που είναι ο συχνότερος δεύτερος μεταβιβαστής των βιολογικών συστημάτων. 24

Ενδοκυτταρικοί υποδοχείς 1/2 Εκτός από τους πρωτεϊνικούς υποδοχείς της μεμβράνης, υπάρχει μία άλλη τάξη υποδοχέων που βρίσκονται στο κύτταρο. Αυτοί είναι ενδοκυττάριοι και μπορεί να είναι ή στο κυτταρόπλασμα ή στον πυρήνα. Θα τους συναντήσουμε στις στεροειδείς και θυρεοειδικές ουσίες. 25

Ενδοκυτταρικοί υποδοχείς 2/2 Αυτοί οι υποδοχείς λειτουργούν ως εξής : Η ουσία που αναγνωρίζουν εισέρχεται μέσα στο κύτταρο και οι ενδοκυτταρικοί υποδοχείς συνενώνονται μαζί της. Η χημική φύση των υποδοχέων αυτών δεν μας είναι απόλυτα γνωστή. Το σύμπλεγμα υποδοχέα και ουσίας πορεύεται στον πυρήνα του κυττάρου όπου διεγείρει το DNA προς παραγωγή RNA το οποίο μεταβαίνει στο τραχύ ενδοπλασματικό δίκτυο και οδηγεί σε πρωτεϊνοσύνθεση. Κατά συνέπεια οι ενδοκυτταρικοί υποδοχείς δεν οδηγούν σε απλή φωσφορυλίωση των υπαρχουσών πρωτεϊνών αλλά σε de novo σύνθεση των πρωτεϊνών. 26

Ανδρογονικός ενδοκυτταρικός υποδοχέας “Human androgen receptor and androgen binding”, από  Jonathan.Marcus με άδεια CC BY 3.0 27 27

β) Η πυρηνική μεμβράνη: Είναι δύο μεμβράνες που η μία περιβάλλει την άλλη αφήνοντας έναν ευρύ χώρο μεταξύ τους Η δομή είναι ίδια με της κυτταρικής μεμβράνης Στα σημεία όπου οι δύο μεμβράνες συγχωνεύονται δημιουργούνται πόροι μέσω των οποίων μπορούν να διακινηθούν ουσίες από και προς το κυτταρόπλασμα Τροποποιημένο από Guyton

Πυρήνας του κυττάρου 1/2 Ο Πυρήνας και οι δομές του: Βρίσκεται σε όλα τα κύτταρα που διαιρούνται. . Ο πυρήνας αποτελείται από τα χρωματοσώματα, τις δομές εκείνες που φέρουν μέσα τους όλο το κληρονομικό υλικό του είδους καθώς και τα ιδιωτικά χαρακτηριστικά του φυτού, ζώου, ή ανθρώπου. Κατά την ήρεμη ζωή του κυττάρου, η μόνη απόδειξη ύπαρξης χρωματοσωμάτων είναι ανώμαλες συσσωρεύσεις ενός σκούρου υλικού που καλείται χρωματίνη. 29

Πυρήνας του κυττάρου 2/2 Κατά την κυτταρική διαίρεση τα ζεύγη των χρωματοσωμάτων γίνονται ορατά. Κάθε χρωμόσωμα αποτελείται από μία στηρικτική πρωτεΐνη, κι ένα γιγαντιαίο μόριο δεοσυξυριβονουκλεϊνικού οξέος (DNA). Οι μονάδες της κληρονομικότητας είναι τα γονίδια πάνω στα χρωματοσώματα. Κάθε γονίδιο είναι ένα μέρος από ένα DNA μόριο. 30

DNA στον πυρήνα του κυττάρου 1/3 DNA + γονίδια (DNA + genes) To DNA βρίσκεται: 1) στα βακτήρια, 2) πυρήνες κυττάρων και 3) στα μιτοχόνδρια. Αποτελείται από 2 πολύ μακριές νουκλεοτιδικές αλύσεις που περιέχουν τις βάσεις αδενίνη Α, γουανίνη G, θυμίνη Τ και κυτοσίνη C (δίκλωνο μόριο). Οι άλυσοι είναι δεσμευμένες μεταξύ τους με υδρογονικούς δεσμούς που ενώνουν Α-Τ και G-C. (Οι βάσεις είναι ή πουρίνες ή πυριμιδίνες). Έτσι στο χώρο δημιουργείται ένα μόριο διπλής έλικας. Το όλο DNA του οργανισμού έχει 3Χ109 ζεύγη βάσεων. 31

DNA στον πυρήνα του κυττάρου 2/3 Το DNA είναι συστατικό των χρωματοσωμάτων και φέρει το κληρονομικό μας υλικό. Κάθε χρωμόσωμα είναι κι ένα κομμάτι από την αλυσίδα DNA. Το γενετικό υλικό κωδικοποιείται στις αλύσους των πυριμιδινών και των πουρινών. Το γενετικό μήνυμα (message) είναι η αλληλουχία των αμινοξέων κατά πώς φτιάχνονται οι πρωτεΐνες από το κύτταρο. Το μήνυμα μεταφέρεται στις θέσεις σύνθεσης πρωτεϊνών (τραχύ ενδοπλασματικό δίκτυο - κυτταρόπλασμα) με το RNA (ριβονουκλεϊνικό οξύ). Ένα γονίδιο έχει καθοριστεί σαν το ποσό πληροφορίας που χρειάζεται για να καθοριστεί ένα μοναχικό πεπτιδικό μόριο. 32

DNA στον πυρήνα του κυττάρου 3/3 Η ανθρωπότητα τώρα χρησιμοποιεί την μοριακή βιολογία για να συντάξει τον γενετικό χάρτη του ατόμου. Το 99% του γενετικού υλικού περνά από άνθρωπο σε άνθρωπο. Ο πυρήνας των κυττάρων, περιλαμβάνει ένα πυρηνίσκο που είναι πλούσιος σε RNA. Υπάρχουν κύτταρα με πολλούς πυρηνίσκους. Πυρηνίσκοι υπάρχουν περισσότεροι στα κύτταρα που μεγαλώνουν. 33

RNA Αντίγραφο (template) για την σύνθεση του RNA το οποίο θα μετακινηθεί στο κυτταρόπλασμα όπου καθορίζει την σύνθεση των πρωτεϊνών του κυττάρου. Ο πυρηνίσκος είναι λοιπόν η θέση όπου συντίθεται το RNA που βρίσκεται στα ριβοσώματα του κυτταροπλάσματος. Ο πυρήνας κι αυτός περιβάλλεται από μία μεμβράνη (πυρηνική), η οποία είναι διπλή, με αναδιπλώσεις. Η πυρηνική μεμβράνη είναι κι αυτή ημιδιαπερατή κι επιτρέπει το πέρασμα μεγάλων μορίων (π.χ. RNA) από τον πυρήνα στο κυτταρόπλασμα. Αυτές οι περιοχές όπου η κυτταρική μεμβράνη είναι ασυνεχής ονομάζονται πόροι. 34

“Diagram human cell nucleus”, από Hawk-Eye διαθέσιμο ως κοινό κτήμα Πυρήνας, πυρηνίσκος, χρωματίνη “Diagram human cell nucleus”, από  Hawk-Eye διαθέσιμο ως κοινό κτήμα 35 35

Flam3 generated image of DNA από Sven Geier, 36 Flam3 generated image of DNA από Sven Geier,

DNA 2/3 “DNA model”, από Caroline Davis2010 με άδεια CC BY 2.0 “ADN animation”, από  Elecbullet διαθέσιμο ως κοινό κτήμα 37 37

DNA 3/3 karimedalla.wordpress.com 38 38

“Difference DNA RNA-EN”, από Sponk με άδεια CC BY-SA 3.0 39

Κύτταρο, πυρήνας και πυρηνίσκος meganhowett.blogspot.gr 40

γ) Το ενδοπλασματικό δίκτυο. Πρόκειται για ένα συνεχές δίκτυο σωληνοειδών και επίπεδων κυστικών σχηματισμών, που αποτελείται από διπλές λιποειδικές πρωτεϊνικές μεμβράνες και βρίσκονται μέσα στο κυτταρόπλασμα Τροποποιημένο από Guyton

Το ενδοπλασματικό δίκτυο - λειτουργίες Οι ουσίες που σχηματίζονται σε διάφορα μέρη του κυττάρου μπαίνουν στους χώρους του ενδοπλασματικού δικτύου και από εκεί μεταφέρονται σε άλλα σημεία του κυττάρου.Επίσης, η μεγάλη επιφάνεια του δικτύου, καθώς και τα πολλά ενζυμικά του συστήματα, προμηθεύουν το μηχανικό εξοπλισμό για μεγάλο μέρος των μεταβολικών λειτουργιών του κυττάρου. Τροποποιημένο από Guyton

Το καλυπτόμενο με ριβοσώματα δίκτυο ονομάζεται τραχύ ή αδρό ενδοπλασματικό δίκτυο, ενώ το ακάλυπτο ονομάζεται λείο ενδοπλασματικό δίκτυο. Τροποποιημένο από Guyton

Το αδρό ενδοπλασματικό δίκτυο: Στις εξωτερικές επιφάνειες πολλών τμημάτων του ενδοπλασματικού δικτύου βρίσκονται προσκολλημένα πολλά κοκκώδη σωματίδια, που ονομάζονται ριβοσώματα. Στις περιοχές αυτές το ενδοπλασματικό δίκτυο ονομάζεται αδρό ή τραχύ ή κοκκώδες. Τροποποιημένο από Guyton

Το λείο ενδοπλασματικό δίκτυο: Ένα μέρος του ενδοπλασματικού δικτύου δεν έχει προσκολλημένα ριβοσώματα. Το μέρος αυτό ονομάζεται μη κοκκώδες ή λείο ενδοπλασματικό δίκτυο. Λειτουργίες του λείου ενδοπλασματικού δικτύου: Βιοσύνθεση λιποειδών Ενζυμικές αντιδράσεις του κυττάρου

Αποτελεί σύμπλεγμα μεμβρανών και βρίσκεται κοντά στον πυρήνα δ) Συσκευή του Golgi. Αποτελεί σύμπλεγμα μεμβρανών και βρίσκεται κοντά στον πυρήνα Λειτουργεί: ως εκκριτικό όργανο ως συνθετικό όργανο (συνθέτει υδατάνθρακες και σακχαριδικά πολυμερή) Τροποποιημένο από Guyton

“Nucleus ER golgi”, από Pbroks13 με άδεια CC BY 3.0 Eνδοπλασματικό δίκτυο και συσκευή Golgi “Nucleus ER golgi”, από  Pbroks13 με άδεια CC BY 3.0 47

Έχει στενή σχέση με το ενδοπλασματικό δίκτυο και λειτουργεί σε συνδυασμό με αυτό Από το ενδοπλασματικό δίκτυο μέσω μεταφορικών κυστιδίων οι ουσίες μεταφέρονται στη συσκευή του Golgi Στη συνέχεια υφίστανται επεξεργασία για να σχηματίσουν εκκριτικά κυστίδια, λυσοσώματα ή άλλα κυτταροπλασματικά συστατικά Τροποποιημένο από Guyton

Τα εκκριτικά κοκκία, που μετακινούνται προς τα όρια του κυττάρου, συγχωνεύονται με αυτά και αποβάλλονται στον εξωκυττάριο χώρο Τροποποιημένο από Guyton

Εκκριτικά κοκκία Κύτταρα που εκκρίνουν πρωτεΐνες. Τυπικά κοκκία είναι τα κοκκία των ορμονών στην πρόσθια υπόφυση, τα κοκκία της ρενίνης στην παρασπειραματική συσκευή του νεφρού και τα κοκκία των πρωτεολυτικών ενζύμων που βρίσκονται στο εξωκρινικό πάγκρεας. Περιέχουν πρωτεΐνες που έχουν συντεθεί από το ΕΔ, πακεταριστεί από την συσκευή Golgi και είναι συσκευασμένα να φύγουν από το κύτταρο (εξωκυττάρωση). 50

9.Εκκριτικά κοκκία Εκκριτικά κοκκία με πρωτεΐνες που έχει συσκευάσει το κύτταρο, έτοιμα να βγουν με εξωκυττάρωση. earlypregnancy.org 51 51

Το κυτταρόπλασμα και τα οργανύλιά του Το κυτταρόπλασμα είναι γεμάτο από διάσπαρτα μικρά και μεγάλα σωματίδια και οργανύλια Το διαυγές υγρό στο οποίο βρίσκονται κατάσπαρτα τα σωματίδια λέγεται υαλόπλασμα και περιέχει κυρίως: νερό διαλυτές πρωτεΐνες σάκχαρα ηλεκτρολύτες μικρές ποσότητες λιποειδών Τροποποιημένο από εγχειρίδιο Φυσιολογίας Δεσπόπουλου

Μέσα στο κυτταρόπλασμα βρίσκονται τα ακόλουθα οργανίδια: 1)Τα μιτοχόνδρια Ονομάζονται ενεργειακοί σταθμοί του κυττάρου Προσλαμβάνουν ενέργεια από τις θρεπτικές ουσίες και οξυγόνο και την προμηθεύουν στο κύτταρο σε μορφή χρησιμοποιήσιμη για την πραγματοποίηση όλων των λειτουργιών του. Έχουν σχήμα σφαιρικό ή ωοειδές.

Αποτελούνται από δύο μεμβράνες με διπλή στοιβάδα λιποειδών και πρωτεΐνης η κάθε μία: μία εξωτερική και μία εσωτερική μεμβράνη Η δεύτερη μεμβράνη παρουσιάζει πολλές πτυχώσεις που παρουσιάζουν ακρολοφίες πάνω στις οποίες βρίσκονται προσκολλημένα τα οξειδωτικά ένζυμα του κυττάρου Τροποποιημένο από Guyton

Ο εσωτερικός χώρος του μιτοχονδρίου είναι γεμάτος από μια ζελατινώδη θεμέλια ουσία, που περιέχει ένζυμα για την παραγωγή ενέργειας από τις θρεπτικές ουσίες. Τα ένζυμα αυτά δρουν σε συνδυασμό με τα οξειδωτικά ένζυμα των ακρολοφιών για το σχηματισμό με την οξείδωση των θρεπτικών ουσιών, διοξειδίου του άνθρακα και νερού. Τροποποιημένο από Guyton

Η ενέργεια που απελευθερώνεται χρησιμοποιείται για τη σύνθεση της τριφωσφορικής αδενοσίνης (ΑΤΡ), μιας ουσίας πλούσιας σε ενέργεια. Τα μιτοχόνδρια περιέχουν δικό τους DNA, ανεξάρτητο από το πυρηνικό DNA, έτσι ώστε δύνανται να αναπαράγονται αυτοτελώς με απλή διχοτόμηση. Τροποποιημένο από Guyton

-Λειτουργίες μιτοχονδρίων: Αποτελούν τον κυτταρικό σταθμό παραγωγής ενέργειας. Περιέχουν ένζυμα του κύκλου του κιτρικού οξέος (Krebs) και της αναπνευστικής οδού και είναι η κύρια θέση των οξειδωτικών αντιδράσεων που παράγουν ενέργεια. Η ενέργεια που παράγεται με αυτόν τον τρόπο εναποθηκεύεται κυρίως σε χημική μορφή στο μόριο του αδενοσινοτριφωρικής αδενοσίνης (ΑΤΡ). Η σύνθεση του ΑΤΡ εξασφαλίζει το σύνολο σχεδόν των αμέσως προσιτών ενεργειακών αποθεμάτων του οργανισμού: η διάσπασή του από διάφορα ένζυμα (φωσφατάσες, ΑΤΡάσες) επελευθερώνει ενέργεια για χρήση στις κυτταρικές αντιδράσεις. Περιέχουν ριβοσώματα και μπορούν να συνθέτουν ορισμένες πρωτεΐνες. Τα κύτταρα με έντονο μεταβολισμό, όπως τα ηπατοκύτταρα, είναι πλούσια σε μιτοχόνδρια.

2) Τα λυσοσώματα. Αποτελούν το ενδοκυττάριο πεπτικό σύστημα, που επιτρέπει στο κύτταρο να πέπτει και να απομακρύνει με αυτόν τον τρόπο άχρηστες ουσίες και δομές, ιδιαίτερα αυτές που έχουν υποστεί βλάβες ή είναι ξένες για το κύτταρο, π.χ. μικρόβια. Τροποποιημένο από Guyton λυσόσωμα

Περιβάλλονται από τυπική μεμβράνη διπλής λιποειδικής στοιβάδας Είναι γεμάτα από κοκκία που αποτελούνται από πρωτεϊνικά συσσωματώματα υδρολυτικών (πεπτικών) ενζύμων Στα λυσοσώματα έχουν βρεθεί περισσότερες από 40 διαφορετικές όξινες υδρολάσες και οι ουσίες που πέπτουν είναι πρωτεΐνες, πυρηνικά οξέα, βλεννοπολυσακχαρίτες, λιποειδή και γλυκογόνο Τροποποιημένο από Guyton λυσόσωμα

Εικόνες λυσοσωμάτων “HeLa cell endocytic pathway labeled for EGFR and transferrin”, από  Putneybridgetube με άδεια CC BY 3.0 “Endocytic pathway of animal cells showing EGF receptors, transferrin receptors and mannose-6-phosphate receptors”, από  Putneybridgetube με άδεια CC BY-SA 3.0 60 60

Περιέχουν μεταγραφές (RNA) του πυρηνικού DNA 3)Τα ριβοσώματα. Αποτελούνται από πρωτεΐνες και ριβονουκλεϊκό οξύ και μετέχουν στην πρωτεϊνοσύνθεση. Τα ριβοσώματα είναι προσκολλημένα στην εξωτερική επιφάνεια του ΑΕΔ ή βρίσκονται ελεύθερα στο κυτταρόπλασμα. Περιέχουν μεταγραφές (RNA) του πυρηνικού DNA Τροποποιημένο από Guyton

“Proteinsynthesis”, από Laikayiu με άδεια CC BY-SA 3.0 Πρωτεϊνοσύνθεση “Proteinsynthesis”, από  Laikayiu με άδεια CC BY-SA 3.0 62

4)Άλλα οργανύλια Τα κεντροσωμάτια: είναι δύο ζεύγη μικρών κυλινδρικών μορφωμάτων με πολύ σημαντικό ρόλο στην κυτταρική διαίρεση Κοκκία γλυκογόνου: παίζουν σπουδαίο ρόλο στον ενεργειακό μεταβολισμό του κυττάρου Τροποποιημένο από Guyton Κοκκίο γλυκογόνου

Κεντριόλια Στο κυτταρόπλασμα υπάρχουν 2 κοντοί κύλινδροι που ονομάζονται κεντριόλια. Βρίσκονται κοντά στον πυρήνα και σε γωνία το ένα σε σχέση με το άλλο. Κατά μήκος κάθε κεντριολίου υπάρχουν ομάδες από 3 σωλήνες που κατέρχονται καθέτως. Υπάρχουν 9 τριάδες σε κανονικά διαστήματα. Τα κεντριόλια φαίνεται ότι συμμετέχουν στην κίνηση των χρωματοσωμάτων κατά την διαίρεση του κυττάρου. Στην διαίρεση, στην αρχή της μίτωσης, διπλασιάζουν τον εαυτό τους και ανά ζεύγη πια κινούνται προς τους πόλους της μιτωτικής ατράκτου και βοηθούν την κυτταρική διαίρεση. 64

Είναι το κέντρο ελέγχου του κυττάρου Ο πυρήνας: Είναι το κέντρο ελέγχου του κυττάρου Αφορίζεται σαφώς από το κυτταρόπλασμα με την πυρηνική μεμβράνη. Στον πυρήνα βρίσκονται τα χρωμοσώματα, τα οποία αποτελούνται από αναδιπλωμένες έλικες DNA και βασικές πρωτεΐνες, τις ιστόνες, στις οποίες οφείλεται η αναδίπλωση του DNA. Τροποποιημένο από εγχειρίδιο Φυσιολογίας Δεσπόπουλου

“Three cell growth types-el”, από Περίεργος με άδεια CC BY-SA 3.0 Διαίρεση του κυττάρου “Three cell growth types-el”, από  Περίεργος με άδεια CC BY-SA 3.0 66

Τα γονίδια καθορίζουν τα χαρακτηριστικά των πρωτεϊνικών ενζύμων του κυτταροπλάσματος και ελέγχουν τις κυτταροπλασματικές δραστηριότητες Κατά την αναπαραγωγή αυτοαναπαράγονται πρώτα τα γονίδια και μετά διαιρείται το κύτταρο με μια διαδικασία που λέγεται μίτωση Από τη μίτωση προκύπτουν δύο θυγατρικά κύτταρα καθένα από τα οποία παίρνει μία σειρά γονιδίων

Ο αριθμός των χρωμοσωμάτων στον ευκαρυωτικό πυρήνα είναι πάντοτε σταθερός για συγκεκριμένο είδος. Ο πυρήνας κάθε φυσιολογικού ανθρώπινου κυττάρου περιέχει 46 χρωμοσώματα: 2 σειρές από 22 αυτοσωματικά και 2 χρωμοσώματα Χ στη γυναίκα και ένα Χ και ένα Ψ στον άνδρα.

Πυρηνίσκοι ή πυρήνια Βρίσκονται μέσα στον πυρήνα ένας ή περισσότεροι Είναι πρωτεϊνικά μορφώματα που περιέχουν ριβονουκλεϊκό οξύ (RNA) Τα γονίδια ενός συγκεκριμένου ζεύγους χρωμοσωμάτων συνθέτουν το RNA και το αποθηκεύουν στο πυρήνιο Το RNA αυτό στη συνέχεια συμπυκνώνεται και σχηματίζει τα κοκκιώδη ριβοσώματα, τα οποία με τη σειρά τους μεταναστεύουν περνώντας μέσα από τους πόρους της πυρηνικής μεμβράνης στο κυτταρόπλασμα Εκεί προσκολλώνται στο ενδοπλασματικό δίκτυο και παίζουν ουσιώδη ρόλο στο σχηματισμό των πρωτεϊνών

Σύνθεση πρωτεϊνών Η πρώτη απαραίτητη φάση στη σύνθεση μίας πρωτεΐνης είναι ο σχηματισμός RNA στον πυρήνα (μεταγραφή), σύμφωνα με το πληροφοριακό πρότυπο (ή είδωλο) του γονιδίου (DNA). Σχηματίζεται το mRNA, το οποίο συνδέεται σε πολυριβοσώματα του κυτταροπλάσματος και πολυμερίζει τα αμινοξέα που μεταφέρει σε αυτό το tRNA. Η φάση αυτή της μετάφρασης τελειώνει με το σχηματισμό μιας πολυπεπτιδικής αλυσίδας.

Κύτταρο: κάθε τύπος κυττάρου είναι προσανατολισμένος να κάνει μία λειτουργία Ιστός Όργανο Σύστημα

Τα διαμερίσματα υγρών του οργανισμού Όλα τα κύτταρα των ζώων, επιγείων και θαλασσίων υπάρχουν μέσα σε μια θάλασσα εξωκυτταρίου υγρού (extracellular fluid - ECF), από όπου παίρνουν τροφικά συστατικά και Ο2 και όπου διοχετεύουν τα μεταβολικά τους προϊόντα. Το ECF είναι πιο διαλυτό από το θαλάσσιο υγρό αλλά η σύνθεσή του μοιάζει με τους αρχέγονους ωκεανούς από όπου η ζωή ξεκίνησε. Το ECF χωρίζεται σε δύο διαμερίσματα: το ενδιάμεσο υγρό (intertitial fluid) και το κυκλοφορούν πλάσμα του αίματος. 72

Είδη κυττάρων στο σώμα 1/2 Κύτταρα επιφάνειας δέρματος Κύτταρα του αίματος Red White Blood cells Skin layers Κύτταρα οστών Σκελετικό μυϊκό κύτταρο 73 604 Bone cells 1022 Muscle Fibers (small) 73

1029 Smooth Muscle Motor Units Είδη κυττάρων στο σώμα 2/2 Καρδιακό μυϊκό κύτταρο Κύτταρα χαλαρού μυϊκού ιστού 1020 Cardiac Muscle 1029 Smooth Muscle Motor Units Νευρώνας Επιθηλιακά κύτταρα Neuron education-portal.com 74 74

“Red blood cells illustration”, από Fæ διαθέσιμο ως κοινό κτήμα Κύτταρα του αίματος “Red blood cells illustration”, από  Fæ διαθέσιμο ως κοινό κτήμα 75 75

“Skin layers”, από Stvltvs με άδεια CC BY-SA 3.0 Κύτταρα του δέρματος 76 “Skin layers”, από  Stvltvs με άδεια CC BY-SA 3.0 76

Ωάριο με σπερματοζωάριο 1/2 LuMaxArt FS Collection Orange0170 από lumaxart.com/ με άδεια CC BY-SA 2.0 77 77

“Neuron-SEM”, από Itsmine με άδεια GNU GENERAL PUBLIC LICENSE Νευρώνας “Neuron-SEM”, από Itsmine με άδεια GNU GENERAL PUBLIC LICENSE 78 78

Mouse cingulate cortex neurons από Shushruth με άδεια CC BY-SA 2.0 Νευρώνες 79 Mouse cingulate cortex neurons από Shushruth με άδεια CC BY-SA 2.0 79

Σύσταση υγρών στον άνθρωπο ΑΝΘΡΩΠΟΣ 18% weight πρωτεΐνες 7% άλατα – (minerals) 15% λίπος 60% Η2Ο (40% ενδοκυττάριο και 20% εξωκυττάριο) 25% πλάσμα και 75% ενδιάμεσο. 80 80

“Stem cells diagram”, από Rasbak με άδεια CC BY-SA 2.5 Από το πολυδύναμο στο μονοδύναμο κύτταρο 81 “Stem cells diagram”, από  Rasbak με άδεια CC BY-SA 2.5