Μεμβρανικά οργανίδια του κυττάρου

Κυτταρικά οργανίδια

Τα οργανίδια (organellae) είναι υποχρεωτικές μικροδομές για όλα τα κύτταρα, που εκτελούν ορισμένες ζωτικές λειτουργίες. Γίνεται διάκριση μεταξύ μεμβρανικών και μη μεμβρανικών οργανιδίων. Τα μεμβρανικά οργανίδια, που διαχωρίζονται από το περιβάλλον υαλόπλασμα με μεμβράνες, περιλαμβάνουν το ενδοπλασματικό δίκτυο, τη συσκευή εσωτερικού πλέγματος (σύμπλεγμα Golgi), τα λυσοσώματα, τα υπεροξυσώματα και τα μιτοχόνδρια.

Οργανίδια μεμβράνης του κυττάρου

Όλα τα οργανίδια μεμβράνης κατασκευάζονται από στοιχειώδεις μεμβράνες, η αρχή της οργάνωσης των οποίων είναι παρόμοια με τη δομή των κυτταρολυμάτων. Οι κυτταροφυσιολογικές διεργασίες σχετίζονται με συνεχή προσκόλληση, σύντηξη και διαχωρισμό μεμβρανών, ενώ είναι δυνατή η προσκόλληση και η ενοποίηση μόνο τοπολογικά πανομοιότυπων μονοστοιβάδων μεμβράνης. Έτσι, το εξωτερικό στρώμα οποιασδήποτε μεμβράνης οργανιδίου που βλέπει στο υαλόπλασμα είναι πανομοιότυπο με το εσωτερικό στρώμα του κυτταρολύματος και το εσωτερικό στρώμα που βλέπει στην κοιλότητα του οργανιδίου είναι παρόμοιο με το εξωτερικό στρώμα του κυτταρολύματος.

Το ενδοπλασματικό δίκτυο (reticulum endoplasmaticum) είναι μια ενιαία συνεχής δομή που σχηματίζεται από ένα σύστημα δεξαμενών, σωληναρίων και πεπλατυσμένων σάκων. Οι ηλεκτρονικές μικρογραφίες διακρίνουν μεταξύ κοκκώδους (τραχύ, κοκκώδους) και μη κοκκώδους (λείου, ακοκκώδους) ενδοπλασματικού δικτύου. Η εξωτερική πλευρά του κοκκώδους δικτύου καλύπτεται με ριβοσώματα, ενώ η μη κοκκώδης πλευρά δεν έχει ριβοσώματα. Το κοκκώδες ενδοπλασματικό δίκτυο συνθέτει (σε ριβοσώματα) και μεταφέρει πρωτεΐνες. Το μη κοκκώδες δίκτυο συνθέτει λιπίδια και υδατάνθρακες και συμμετέχει στον μεταβολισμό τους [για παράδειγμα, στεροειδείς ορμόνες στον φλοιό των επινεφριδίων και στα κύτταρα Leydig (σουστενοκύτταρα) των όρχεων· γλυκογόνο στα ηπατικά κύτταρα]. Μία από τις πιο σημαντικές λειτουργίες του ενδοπλασματικού δικτύου είναι η σύνθεση πρωτεϊνών μεμβράνης και λιπιδίων για όλα τα κυτταρικά οργανίδια.

Η εσωτερική δικτυωτή συσκευή, ή σύμπλεγμα Golgi (apparatus reticularis internus), είναι μια συλλογή από σάκους, κυστίδια, δεξαμενές, σωλήνες και πλάκες που οριοθετούνται από μια βιολογική μεμβράνη. Τα στοιχεία του συμπλέγματος Golgi συνδέονται μεταξύ τους με στενά κανάλια. Οι δομές του συμπλέγματος Golgi είναι το σημείο όπου συντίθενται και συσσωρεύονται πολυσακχαρίτες, σύμπλοκα πρωτεΐνης-υδατάνθρακα, και αποβάλλονται από τα κύτταρα. Έτσι σχηματίζονται οι εκκριτικοί κόκκοι. Το σύμπλεγμα Golgi υπάρχει σε όλα τα ανθρώπινα κύτταρα εκτός από τα ερυθροκύτταρα και τα κερατοειδή λέπια της επιδερμίδας. Στα περισσότερα κύτταρα, το σύμπλεγμα Golgi βρίσκεται γύρω ή κοντά στον πυρήνα, στα εξωκρινή κύτταρα - πάνω από τον πυρήνα, στο κορυφαίο τμήμα του κυττάρου. Η εσωτερική κυρτή επιφάνεια των δομών του συμπλέγματος Golgi βλέπει προς το ενδοπλασματικό δίκτυο και η εξωτερική, κοίλη επιφάνεια βλέπει προς το κυτταρόπλασμα.

Οι μεμβράνες του συμπλέγματος Golgi σχηματίζονται από το κοκκιώδες ενδοπλασματικό δίκτυο και μεταφέρονται από κυστίδια μεταφοράς. Τα εκκριτικά κυστίδια εκβλασταίνουν συνεχώς από την εξωτερική πλευρά του συμπλέγματος Golgi και οι μεμβράνες των δεξαμενών του ανανεώνονται συνεχώς. Τα εκκριτικά κυστίδια παρέχουν υλικό μεμβράνης για την κυτταρική μεμβράνη και τον γλυκοκάλυκα. Αυτό εξασφαλίζει την ανανέωση της πλασματικής μεμβράνης.

Τα λυσοσώματα (λυσοσώματα) είναι κυστίδια με διάμετρο 0,2-0,5 μm, που περιέχουν περίπου 50 τύπους διαφόρων υδρολυτικών ενζύμων (πρωτεάσες, λιπάσες, φωσφολιπάσες, νουκλεάσες, γλυκοσιδάσες, φωσφατάσες). Τα λυσοσωμικά ένζυμα συντίθενται στα ριβοσώματα του κοκκιώδους ενδοπλασματικού δικτύου, από όπου μεταφέρονται με κυστίδια μεταφοράς στο σύμπλεγμα Golgi. Τα πρωτογενή λυσοσώματα εκβλαστάνουν από τα κυστίδια του συμπλέγματος Golgi. Στα λυσοσώματα διατηρείται ένα όξινο περιβάλλον, το pH του κυμαίνεται από 3,5 έως 5,0. Οι μεμβράνες των λυσοσωμάτων είναι ανθεκτικές στα ένζυμα που περιέχονται σε αυτά και προστατεύουν το κυτταρόπλασμα από τη δράση τους. Η παραβίαση της διαπερατότητας της λυσοσωμικής μεμβράνης οδηγεί στην ενεργοποίηση ενζύμων και σε σοβαρή βλάβη του κυττάρου, συμπεριλαμβανομένου του θανάτου του.

Στα δευτερογενή (ώριμα) λυσοσώματα (φαγολυσοσώματα), τα βιοπολυμερή χωνεύονται σε μονομερή. Τα τελευταία μεταφέρονται μέσω της λυσοσωμικής μεμβράνης στο υαλόπλασμα του κυττάρου. Οι άπεπτες ουσίες παραμένουν στο λυσόσωμα, με αποτέλεσμα το λυσόσωμα να μετατρέπεται σε ένα λεγόμενο υπολειμματικό σώμα υψηλής πυκνότητας ηλεκτρονίων.

Τα υπεροξυσώματα (περοξυσώματα) είναι κυστίδια με διάμετρο από 0,3 έως 1,5 μm. Περιέχουν οξειδωτικά ένζυμα που καταστρέφουν το υπεροξείδιο του υδρογόνου. Τα υπεροξυσώματα συμμετέχουν στη διάσπαση των αμινοξέων, στον μεταβολισμό των λιπιδίων, συμπεριλαμβανομένης της χοληστερόλης, των πουρινών, και στην αποτοξίνωση πολλών τοξικών ουσιών. Πιστεύεται ότι οι μεμβράνες των υπεροξυσωμάτων σχηματίζονται με εκβλάστηση από το μη κοκκιώδες ενδοπλασματικό δίκτυο και τα ένζυμα συντίθενται από πολυριβοσώματα.

Τα μιτοχόνδρια (μιτοχόνδρια), τα οποία είναι οι «ενεργειακοί σταθμοί του κυττάρου», συμμετέχουν στις διαδικασίες της κυτταρικής αναπνοής και της μετατροπής της ενέργειας σε μορφές διαθέσιμες για χρήση από το κύτταρο. Οι κύριες λειτουργίες τους είναι η οξείδωση οργανικών ουσιών και η σύνθεση τριφωσφορικής αδενοσίνης (ATP). Τα μιτοχόνδρια είναι στρογγυλές, επιμήκεις ή ραβδόμορφες δομές μήκους 0,5-1,0 μm και πλάτους 0,2-1,0 μm. Ο αριθμός, το μέγεθος και η θέση των μιτοχονδρίων εξαρτώνται από τη λειτουργία του κυττάρου, τις ενεργειακές του ανάγκες. Υπάρχουν πολλά μεγάλα μιτοχόνδρια στα καρδιομυοκύτταρα, μυϊκές ίνες του διαφράγματος. Βρίσκονται σε ομάδες μεταξύ μυοϊνιδίων, περιβάλλονται από κόκκους γλυκογόνου και στοιχεία του μη κοκκιώδους ενδοπλασματικού δικτύου. Τα μιτοχόνδρια είναι οργανίδια με διπλές μεμβράνες (πάχους περίπου 7 nm η καθεμία). Μεταξύ της εξωτερικής και της εσωτερικής μιτοχονδριακής μεμβράνης υπάρχει ένας διαμεμβρανικός χώρος πλάτους 10-20 nm. Η εσωτερική μεμβράνη σχηματίζει πολυάριθμες πτυχές ή κρυστάλλους. Συνήθως, οι κρίστες είναι προσανατολισμένες κατά μήκος του επιμήκους άξονα του μιτοχονδρίου και δεν φτάνουν στην αντίθετη πλευρά της μιτοχονδριακής μεμβράνης. Χάρη στις κρίστες, η επιφάνεια της εσωτερικής μεμβράνης αυξάνεται δραματικά. Έτσι, η επιφάνεια των κριστών ενός μιτοχονδρίου ενός ηπατοκυττάρου είναι περίπου 16 μm. Μέσα στο μιτοχόνδριο, ανάμεσα στις κρίστες, υπάρχει μια λεπτόκοκκη μήτρα στην οποία είναι ορατά κοκκία με διάμετρο περίπου 15 nm (μιτοχονδριακά ριβοσώματα) και λεπτά νήματα που αντιπροσωπεύουν μόρια δεοξυριβονουκλεϊκού οξέος (DNA).

Η σύνθεση του ATP στα μιτοχόνδρια προηγείται από αρχικά στάδια που συμβαίνουν στο υαλόπλασμα. Σε αυτό (απουσία οξυγόνου), τα σάκχαρα οξειδώνονται σε πυροσταφυλικό οξύ (πυροσταφυλικό οξύ). Ταυτόχρονα, συντίθεται μια μικρή ποσότητα ATP. Η κύρια σύνθεση του ATP συμβαίνει στις μεμβράνες των κρυστάλλων στα μιτοχόνδρια με τη συμμετοχή οξυγόνου (αερόβια οξείδωση) και ενζύμων που υπάρχουν στη μήτρα. Κατά τη διάρκεια αυτής της οξείδωσης, σχηματίζεται ενέργεια για τις κυτταρικές λειτουργίες και απελευθερώνεται διοξείδιο του άνθρακα (CO2 ₎ και νερό (H2O ₎. Στα μιτοχόνδρια, μόρια πληροφοριών, μεταφοράς και ριβοσωμικά νουκλεϊκά οξέα (RNA) συντίθενται στα δικά τους μόρια DNA.

Ο μιτοχονδριακός πυρήνας περιέχει επίσης ριβοσώματα μεγέθους έως και 15 nm. Ωστόσο, τα μιτοχονδριακά νουκλεϊκά οξέα και τα ριβοσώματα διαφέρουν από παρόμοιες δομές αυτού του κυττάρου. Έτσι, τα μιτοχόνδρια έχουν το δικό τους σύστημα απαραίτητο για τη σύνθεση πρωτεϊνών και την αυτοαναπαραγωγή. Η αύξηση του αριθμού των μιτοχονδρίων σε ένα κύτταρο συμβαίνει μέσω της διαίρεσής του σε μικρότερα μέρη που αναπτύσσονται, αυξάνονται σε μέγεθος και είναι ικανά να διαιρεθούν ξανά.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ]