Σύντομη βιογεωχημική ιστορία των οργανισμών. Μέρος τρίτο. ΤΑ ΠΡΩΤΑ ΚΥΤΤΑΡΑ ΣΥΝΔΙΑΛΛΑΣΟΝΤΑΙ ΜΕ ΤΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ ΤΟΥΣ ΜΕ ΣΥΝΕΠΕΙΑ ΤΗΝ ΕΞΕΛΙΞΗ ΚΑΙ ΒΕΛΤΙΩΣΗ ΤΟΥΣ (βιοχημικά , ενεργειακά και περιβαλλοντικών δυνατότητων τους). Οι ευκαρυώτες

Σύντομη βιογεωχημική ιστορία των οργανισμών. Μέρος τρίτο. ΤΑ ΠΡΩΤΑ ΚΥΤΤΑΡΑ ΣΥΝΔΙΑΛΛΑΣΟΝΤΑΙ ΜΕ ΤΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ ΤΟΥΣ ΜΕ ΣΥΝΕΠΕΙΑ ΤΗΝ ΕΞΕΛΙΞΗ ΚΑΙ ΒΕΛΤΙΩΣΗ ΤΟΥΣ (βιοχημικά , ενεργειακά και περιβαλλοντικών δυνατότητων τους). Οι ευκαρυώτες

Δήμητρα Σπανού, χημικός, καθηγήτρια στο  1ο Γυμν. Δάφνης

 

 

ΤΑ ΠΡΩΤΑ ΚΥΤΤΑΡΑ ΗΤΑΝ ΤΑ ΠΡΟΚΑΡΥΩΤΙΚΑ ΚΥΤΤΑΡΑ.

ΤΙ ΥΠΗΡΧΕ Σ' ΑΥΤΑ ΗΔΗ ΑΠΟ ΕΚΕΙΝΗ ΤΗΝ ΠΡΩΙΜΗ ΓΕΟΛΟΓΙΚΗ ΠΕΡΙΟΔΟ

Τα πρώτα κύτταρα οριοθετημένα με την κυτταρική τους μεμβράνη, ξεκινούν με την  κατασκευή μιας αυτόνομης λειτουργικής μονάδας  που διατηρεί τις πληροφορίες του γενετικού κώδικα και τις αναπαράγει. 

 Σε μονοκυτταρους απλοειδεις  προκαρυωτικούς οργανισμούς  υπάρχει  ενα μόριο DNA που αποτελεί ένα χρωμόσωμα κατασκευασμένο απο νουκλεοτίδια της  τάξης του 106

Σε διπλοειδεις οργανισμούς υπάρχουν ζεύγη ομολόγων χρωμοσωμάτων  της τάξης 109   νουκλεοτιδίων, οργανωμενα σε πολλα διαφορετικά μόρια. Στο άνθρωπο για παράδειγμα υπάρχουν 22 ζεύγη ομολόγων αυτοσωμικών χρωμοσωμάτων και 2 γενετικά  χρωμοσώματα 

Συνοψίζοντας,

 ΓΙΑ ΤΑ ΠΡΩΤΑ ΠΡΟΚΑΡΥΩΤΙΚΑ ΚΥΤΤΑΡΑ

3,5 δισεκατομύρια χρόνια πριν,, τα πρώτα προκαρυωτικά  κύτταρα χαρακτηρίστηκαν από την κυτταρική τους μεμβράνη, το γενετικό τους υλικό, ΄(απλούστερης μορφής)τα ριβοσώματα (ελεύθερα αρχικά) για την παρασκευή των απαραίτητων πρωτεϊνών κάποια έγκλειστα που με ουσίες  εξυπηρετούσαν τις άλλες ανάγκες του κυττάρου και την ενδιάμεση ουσία που  ονομάζονταν κυτταρόπλασμα.

Παρ' ότι   στο προκαρυωτικό κύτταρα υπήρχε μια στοιχειώδης δομή και οργάνωση, ήδη από εκείνη την εποχή, επιτελούνται τις βασικές λειτουργίες της ζωής 

χωρίς όμως να υπάρχουν οριοθετημένοι χώροι που να περικλείονται σε μεμβράνες . Οι κυτταρικές λειτουργίες γίνονται σε κάποιους χώρους του κυττάρου χωρίς να υπάρχουν τα αντίστοιχα οργανίδια.

 Π.χ. Οι λειτουργίες που έχουν σχέση με την κυτταρική αναπνοή και  συντελούνται στα μιτοχόνδρια του ευκαρυωτικού κυττάρου, στο προκαρυωτικό επιτελούνται σε ένα σύστημα μεμβρανών κοντά στην πλασματική μεμβράνη.

Το γενετικό υλικό (νουκλεοειδές) υπάρχει στο προκαρυωτικό κύτταρο σε χώρο περίπου διάμετρος 0,1 -5μm  μέσα στο κυτταρόπλασμα. Όμως δεν περιβάλλεται από την διπλή πυρηνική μεμβράνη για να αποτελεί τον πυρήνα (διάμετρος 10-100 μm, όπως εξελίχθηκε στη συνέχεια στο ευκαρυωτικό 

Πολλές από τις βασικές κυτταρικές λειτουργίες στα προκαρυωτικά αναλαμβάνουν τα έγκλειστα που περιέχουν κυρίων πρωτείνες και άλλα χρήσιμα μόρια.

Στα ευκαρυωτικά και με τις εσωτερικές μεμβράνες ανάλογης κατασκευής, συμβαίνει ο διαχωρισμός του εσωτερικού χώρου του κυττάρου και οριοθέτηση των υπόλοιπων διακριτών πλέον κυτταρικών οργανιδίων, με διακεκριμένη την θέση και την λειτουργία .

Οι πρώτοι προκαρυωτικοί οργανισμοί που χρονολογούνται γύρω στα 3,5 - 3 δισεκατομύρια χρόνια πριν και 

ορισμένοι έφτασαν μέχρι σήμερα, τα βακτήρια, το μυκόπλασμα, τα κυανοπράσινα (φύκη, άλγες)  Πολλά  χαρακτηριστικά τους διατηρήθηκαν   ίδια σε μετάπειτα οργανισμούς. 

Ακόμα το μέγεθός του σε σχέση με το ευκαρυωτικό είναι αρκετά μικρότερο (διάμετρος 0,1 -5μm αντί διάμετρος 10-100 μm)

 

Η ΣΥΝΕΡΓΑΣΙΑ ΚΑΙ Η ΕΝΔΟΣΥΜΒΙΩΣΗ ΕΙΝΑΙ Η ΑΡΧΗ ΤΗΣ ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑΣ

 ΠΟΛΛΩΝ ΕΥΚΑΡΥΩΤΙΚΩΝ ΚΥΤΤΑΡΩΝ ΑΠΟ ΠΡΟΚΑΡΥΩΤΙΚΑ

Γενικά είναι αποδεκτή η θεωρία ότι πολλά ευκαρυωτικά κύτταρα προέρχονται  από τα προκαρυωτικά.

Σε αυτό συνέβαλε η δημιουργία των κινητικών πρωτεϊνών.

 

Πρωτεΐνες με κινητικές ιδιότητες δίνουν δυνατότητα στην πλασματική μεμβράνη να εισάγει στο κύτταρο ουσίες αλλά και αυτόνομες μονάδες εξειδικευμένης εργασίας που προϋπήρχαν ελεύθερες όπως τα μιτοχόνδρια και οι χλωροπλάστες, ακόμα και ολόκληρα κύτταρα σε σχέσεις ενδοσυμβίωσης.

Από τα πρώτα βακτήρια και αρχαιοβακτήρια που ζούσαν βαθιά στην γή και ήταν κυρίως χημιότροφα ορισμένου μονοκύτταροι τέτοιοι οργανισμοί άλλαξαν περιβάλλον και βρέθηκαν στην επιφάνεια όπου άρχισαν να χρησιμοποιούν την ηλιακή ενέργεια, η οποία ήταν πλέον καταλληλότερη για τις ποιο εξελιγμένες μορφές τους. Έτσι δημιουργήθηκαν οι πρώτοι προκαρυωτικοί φωτοσυνθετικοί οργανισμοί, που ελευθέρωναν στην ατμόσφαιρα το οξυγόνο, ουσία πολύ δυσάρεστη για τους περισσότερους αναερόβιους μονοκύτταρους προκαρυωτικούς οργανισμούς, που αντέδρασαν, ενσωματώνοντας αερόβιους προκαρυωτικούς οργανισμούς, για να επιβιώσουν . 

Η ομοιότητα των μιτοχονδρίων με τα πρώτα αερόβια βακτήρια είναι αξιοσημείωτη. Επίσης άλλες κατηγορίες μικροοργανισμών της αρχαίας εκείνης εποχής είκύτταραχαν αντίστοιχη εξέλιξη. Τα ευκαρυωτικά φωτοσυνθετικά διαθέτουν χλωροπλάστες που μπορούν να θεωρηθούν σαν εξέλιξη των κυανοβακτηρίων που συμβίωσαν με τέτοιους παλιούς μονοκύτταρους οργανισμούς.

ΠΟΙΑ ΚΥΤΤΑΡΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΗ ΞΕΚΙΝΗΣΑΝ ΣΤΟΥΣ ΠΡΟΚΑΡΥΩΤΙΚΟΥΣ ΟΡΓΑΝΙΣΜΟΥΣ

 ΚΑΙ ΔΙΑΤΗΡΗΘΗΚΑΝ ΣΤΟΥΣ ΕΥΚΑΡΥΩΤΙΚΟΥΣ ΣΤΗ ΣΥΝΕΧΕΙΑ

  • Το χρωμόσωμα , το DNA . Κύρια δομικα στοιχεία του πυρήνα ειναι το DNA και RNA. Κάθε μόριο DNA συμπυκνώνεται σε ενα ξεχωριστό χρωμόσωμα. 
  • Ύπαρξη ριβοσωμάτων στο κυτταρόπλασμα που είναι μικρά στρογγυλά οργανίδια από πρωτεϊνες και RNA που διατηρήθηκαν και στα ευκαρυωτικά με μια μικρή διαφορά κατασκευής. Επίσης στα ευκαρυωτικά ορισμένα προσκολλήθηκαν στο ενδοπλασματικό δίκτυο
  • Τα κυστίδια μικρά οργανίδια καλυμένα με μεμβράνη κατασκευασμένα για να καλύπτους διάφορες διεργασίες όπως μεταφορά πρωτεϊνών, αποσύνθεση ρύπων κ.λ.π. που προφανώς εξελίχθηκαν σε πιο εξειδικευμένες κατασκευές στο ευκαρυωτικό όπως ενδοπλασματικό δίκτυο, λυσσοσώματα κ.α.)
  • Η κυτταρική μεμβράνη του προκαρυωτικού διατηρείται αλλά βελτιώνεται σε δομή και λειτουργία  στο ευκαρυωτικό
  • Το κυτταρικό τοίχωμα των προκαρυωτικών διατηρείται μόνο σε φυτικά κύτταρα με διαφορά στις ουσίες και στον τρόπο κατασκευής του. (μεγαλομοριακή κατασκευή από πεπτιδογλυκάνες σε προκαρυωτικά βακτήρια γλυκοπρωτεϊνες στα προκαρυωτικά αρχαία και στα φύκη, στους μονοκύτταρους ευκαρυωτικούς μύκητες γλυκοζαμίνες, ενώ στο πολυκύτταρο ευκαρυωτικό φυτικό, κυτταρίνη ημικυτταρίνες και πηκτίνες )
  •  Μηχανισμός κατασκευής πολυπεπτιδίων -πρωτεϊνών στα ριβοσώματα. , Με την κατάλληλη τοποθέτηση αμινοξέων στα ριβοσώματα, που γίνεται με την μεταφορά πληροφοριών από το DNA, 
    έχει την αρχή της, σε αυτήν την μακρυνά βιολογική εποχή των προκατυωτικών οργανισμών.
  • Επίσης ο γενετικός κώδικας βάσει του οποίου κατασκευάζονται οι πρωτεϊνες αυτές. έχει διατυπωθεί από την αρχή της εμφάνισης οργανισμών
  • Η σύσταση του κυτταροπλάσματος. Το κυτταρόπλασμα (κυττοσόλιο) αποτελείται από ένα διαυγές υγρό, 60-70% νερό το κυτταροδιάλυμα, μέσα στο οποίο είναι διάσπαρτα χρήσιμες ουσίες ( άλατα, αμινοξέα, σάκχαρα διαλυμένα και δομή γέλης (ζελέ) και τα κυτταρικά οργανίδια.

     

    Στο προκαρυωτικό κύτταρο οι βασικές κυτταρικές λειτουργίες συντελούνται σε διάφορες περιοχές του κυττοσόλιου χωρίς όμως να υπάρχει διαχωρισμός με μεμβράνες

 

ΤΙ ΕΓΙΝΕ ΣΤΗ ΣΥΝΕΧΕΙΑ:ΟΙ ΕΣΩΤΕΡΙΚΕΣ ΜΕΜΒΡΑΝΕΣ ΚΑΝΟΥΝ ΤΗΝ ΔΙΑΦΟΡΑ ΚΑΙ

ΧΩΡΙΖΟΥΝ ΤΟΝ ΕΣΩΤΕΡΙΚΟ ΧΩΡΟ ΣΕ ΔΙΑΜΕΡΙΣΜΑΤΑ ΣΤΑ ΕΥΚΑΡΥΩΤΙΚΑ ΚΥΤΤΑΡΑ

Τα ευκαρυωτικά κύτταρα όπως εμφανίστηκαν πριν από 1,1 έως 1,4 δισεκατομύρια χρόνια πριν, (δηλαδή πολύ πολύ αργότερα) εξελίχθηκαν με βάση   μια χαρακτηριστική διαφορά από τα αρχικά πρωτοκύτταρα. ΄Ενα σύστημα εσωτερικών μεμβρανών που χωρίζει το εσωτερικό του κυττάρου σε ανεξάρτητους χώρους.

Μπορούμε να καταλάβουμε καλύτερα την διαμερισματικοποίηση των ευκαρυωτικών βάσει των μεμβρανών τους, παρατηρώντας τα περιβαλλόμενα από τις μεμβράνες τους, εσωτερικά οργανίδια του ευκαρυωτικού κυττάρου. Μιτοχόνδρια, ενδοπλασματικό δίκτυο,  λυσοσώματα, χυμοτόπια, χλωροπλάστες, οργανίδιο  Golgi κ.λ.π. ή ακόμη και τα λεγόμενα έγκλειστα όπου φυλάσσονται ουσίες όπως πρωτεϊνες, λιπίδια, υδατάνθρακες, κρύσταλλοι, χρωστικές κ.α. Οί ενώσεις που υπάρχουν και λειτουργούν στους χώρους αυτούς  είναι αποτελεσματικότερες γιατί θα δράσουν σε συγκεκριμένες περιπτώσεις και με καθορισμένο τρόπο. Επίσης,  τα ένζυμα που διατηρούνται χωριστά από τα υποστρώματα γίνονται πιο αποτελεσματικά. Οι μεμβράνες άλλωστε, που πολλές είναι  το πρότυπο της κυτταρικής, είναι δυνατόν να αυξήσουν ή να μειώσουν την διαπερατότητά τους ανάλογα με τις λειτουργίες που επιτελούνται. Αυτά δεν θα συνέβαιναν εάν όλες οι ουσίες ήταν ταυτόχρονα στον ίδιο χώρο γιατί η δραστικότητά τους θα ήταν μειωμένη.

Ο ΠΥΡΗΝΑΣ

Ο ποιος σημαντικός χώρος βάσει του οποίου και γίνεται ο διαχωρισμός κυττάρων σε πρωκαρυωτικά και ευκαρυωτικά είναι ο πυρήνας τους ο οποίος με μια μεμβράνη, την πυρηνική, περικλείει το γενετικό υλικό του κυττάρου και ουσίες απαραίτητες για τις διεργασίες του.

ΤΟ ΕΝΔΟΠΛΑΣΜΑΤΙΚΟ ΔΙΚΤΥΟ

Πολυάριθμες μεμβράνες, δημιουργούν ένα δικτυωτό πλέγμα και χωρίζουν το κυτταρόπλασμα σε διαμερίσματα σωληνίσκων, κύστεων και αναστομώσεων που είναι υπεύθυνα για τις μιτωτικές διαιρέσεις, την δημιουργία φραγμών διάχυσης, την ρύθμιση δυναμικού μεμβράνης, την περιεκτικότητα σε ιόντα. Πολλά από τα ριβοσώματα του κυτταροπλάσματος, προσκολλούνται στο πρώτο κομμάτι του δικτύου αυτού σε ειδικές θέσεις που υπάρχουν προσδέτες και σε αυτά γίνεται παραγωγή πρωτεΪνών που χρησιμοποιεί το ενδοπλασματικό δίκτυο αλλά και την προώθηση άλλων πρωτεϊνών στον προορισμό τους. Το κομμάτι αυτό είναι το αδρό ενδοπλασματικό δίκτυο,  

Το υπόλοιπο τμήμα αυτοί οι προσδέτες λείπουν και το ενδοπλασματικό δίκτυο γίνεται λείο ενδοπλασματικό δίκτυο. Εδώ είναι τόπος βιοσύνθεσης λιπιδίων, υδατανθράκων αποθήκευσης ασβεστίου κ.α.

ΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ GOLGI

Ένα σύστημα μεμβρανών που δημιουργεί 4-6 διακριτούς χώρους (δεξαμενές)  1μm περίπου. Συνδέεται στην εγγύς όψη  με το αδρό ενδοπλασματικό δίκτυο  από το οποίο προωθούνται πολυπεπτίδια προς επεξεργασία. Το μέγεθός του διαφοροποιείται στα κύτταρα των  πολυκύτταρων. Οι μεμβράνες του είναι παχύτερες αυτών του ενδοπλασματικού και μοιάζουν να δημιουργούν παράλληλους σάκους. Πρωτεϊνες σάκχαρα και λιπίδια που κυκλοφορούν στους κλειστούς χώρους του συμπλέγματος, διαμορφώνονται τελικά σε γλυκοπρωτεϊνες , γλυκολιπίδια, όξινες υδρολάσες, θειωμένες γλυκοπρωτεϊνες και σάκχαρα  προωθούνται στον προορισμό τους στην τελική τους μορφή αφού εξάγωνται σε εξαγωγικά κυστίδια. 

TA ΛΥΣΟΣΩΜΑΤΑ   

Μικρά σφαιρικά οργανίδια μέσα στα οποία περικλείονται λυτικά ένζυμα. Περιβάλλονται από μεμβράνη πάχους 7,5nm που απομονώνει τα λυτικά

που αποτελείται από λιπίδια, γλυκοπρωτεϊνες, πρωτεϊνες ενζύμων (υδρολάσες που παράγονται στο ενδοπλασματικό και προωθούνται στο Golgi) . Αφθονούν σε αμυντικά κύτταρα οπως ουδετερόφιλα λευκοκύτταρα και μακροφάγα. Αποτελούν το ενδοκυττάριο πεπτικό σύστημα

ΜΙΤΟΧΟΝΔΡΙΑ

Βρίσκονται σε όλα τα ευκαρυωτικά κύτταρα και έχουν δικό τους DNA. 

Αποτελούνται από τρεις στοιβάδες, γιατί, εκτός από την συνεχή εξωτερική μιτοχονδριακή μεμβράνη (κυρίως πρωτεϊνες και λιγότερα λιπίδια)  έχουν στο εσωτερικό δυο άλλες παράλληλες μεμβράνες που ιδιαίτερα η πτυχωτή εσωτερική μεμβράνη, περιέχει ένζυμα και συμμετέχει στο σύστημα μεταφοράς ηλεκτρονίων και στην οξειδωτική φωσφορυλίωση

Εδώ πρέπει να πούμε ξανά  ότι αυτές οι δύο σημαντικές λειτουργίες του κυττάρου γίνονται και στο προκαρυωτικό κύτταρο.

Η διαφορά είναι ότι στο προκαρυωτικό, δεν υπάρχει ανεξάρτητο οργανίδιο παραγωγής ενέργειας (όπως το μιτοχόνδριο στο ευκαρυωτικό), αλλά υπάρχει ένα σύστημα διπλών μεμβρανών (όπως αυτό που είδαμε στο μιτοχόνδριο),  κοντά στην κυτταρική μεμβράνη του προκαρυωτικού κυττάρου, και εκεί γίνονται οι αντίστοιχες λειτουργίες.

Να προσθέσω επίσης Στο ευκαρυωτικό κύτταρο βρίσκονται ακόμα κι άλλα οργανίδια όπως ΜΙΚΡΟΙΝΙΔΙΑ ΚΑΙ ΜΙΚΡΟΣΩΛΗΝΙΣΚΟΙ, που δημιουργούν τον κυτταρικό σκελετό, ΤΟ ΚΕΝΤΡΟΣΩΜΑΤΙΟ στο κέντρο του κυττάρου που οργανώνει τους μικροσωληνίσκους και παίζει σημαντικό ρόλο στην κυτταρική διαίρεση κ.α.

Εμφάνιση της εικόνας προέλευσης

ΔΙΑΦΟΡΕΣ ΜΕΤΑΞΥ ΠΡΟΚΑΡΥΩΤΙΚΩΝ ΚΑΙ ΕΥΚΑΡΥΩΤΙΚΩΝ ΚΥΤΤΑΡΩΝ (συνοπτικά)

Το προκαρυωτικό κύτταρο δεν περιέχει πυρήνα ενώ το ευκαρυωτικό είναι με πυρήνα

Το προκαρυωτικό κύτταρο είναι πολύ μικρότερο από το ευκαρυωτικό (1μm η διάμετρος για το προκαρυωτικό  10-1000 η διάμετρος για το  μm

Το προκαρυωτικό κύτταρο δεν έχει κυτταροσκελετό και οργανίδια ενώ το ευκαρυωτικό έχει

 

Το DNA στο προκαρυωτικό είναι ένα συνήθως κυκλικό με 106 έως 5.106 ζεύγη βάσεων , ενώ στο ευκαρυωτικό είναι συσπειρωμένο με την βοήθεια πρωτεϊνών με 1,5.107 έως 5.109 ζεύγη βάσεων
 

 

 

 

 

 

Δήμητρα Σπανού

 

ΠΗΓΕΣ

https://users.auth.gr/~pchristo/teaching/cellbio/lectures/Cell%20Biol_20_Lecture1

phys 1 fylladio1 kyttaro  Εργαστήριο Φυσιολογίας I: Εαρινό Εξάμηνο 2009-2010 Συμπληρωματικά Φυλλάδια Διδασκαλίας Παύλου Ρήγα (Εργαστηριακός Συνεργάτης)

9 Επιστημονικά γεγονότα αποδεικνύουν ότι η "θεωρία της εξέλιξης" είναι λάθος | Metafisikes Anazitisis (skafidaszaxos.blogspot.com)

Προκαρυώτες και Ευκαρυώτες - Όλα όσα πρέπει να γνωρίζετε! (nachhilfe-team.net)