Χημικά στοιχεία και ανόργανες ενώσεις

Οι οργανισμοί αποτελούνται από 27 βασικά χημικά στοιχεία. Τέσσερα από αυτά είναι ιδιαίτερα σημαντικά: ο άνθρακας, το υδρογόνο, το οξυγόνο και το άζωτο που αποτελούν το 96% της σύστασης των οργανισμών! Τα υπόλοιπα, όπως το κάλιο και το μαγνήσιο, βρίσκονται σε μικρότερες ποσότητες.

Το νερό είναι απαραίτητο για τη λειτουργία των κυττάρων χάρη στις διαλυτικές του ιδιότητες. Βοηθάει στη μεταφορά ουσιών σε όλους τους οργανισμούς, ζωικούς και φυτικούς. Το νερό βροχής δεν περιέχει άλατα, ενώ το θαλασσινό νερό είναι πλούσιο σε αυτά.

Τα άλατα, όπως το χλωριούχο νάτριο και τα άλατα ασβεστίου, παίζουν καθοριστικό ρόλο στην ομαλή λειτουργία των οργανισμών. Για παράδειγμα, τα άλατα ασβεστίου είναι το κύριο συστατικό των οστών.

💡 Ήξερες ότι; Το ανθρώπινο σώμα αποτελείται περίπου από 60% νερό, και χωρίς αυτό δεν θα μπορούσαν να πραγματοποιηθούν οι περισσότερες χημικές αντιδράσεις στα κύτταρά μας!

Οργανικές ενώσεις (Μέρος 1)

Οι οργανικές ενώσεις είναι ενώσεις του άνθρακα με οξυγόνο, υδρογόνο και άζωτο. Οι βασικές οργανικές ενώσεις που συναντάμε στα κύτταρα είναι οι υδατάνθρακες, οι πρωτεΐνες, τα νουκλεϊκά οξέα και τα λιπίδια.

Οι υδατάνθρακες αποτελούν σημαντική πηγή ενέργειας για τους οργανισμούς. Διακρίνονται σε απλούς (μονοσακχαρίτες), όπως η γλυκόζη, και σύνθετους (πολυσακχαρίτες), όπως το άμυλο και η κυτταρίνη. Οι πολυσακχαρίτες είναι αποτέλεσμα ένωσης πολλών μονοσακχαριτών.

Οι πρωτεΐνες είναι δομικά ή λειτουργικά συστατικά των κυττάρων και αποτελούνται από αμινοξέα. Αν και στη φύση υπάρχουν περισσότερα από 170 διαφορετικά αμινοξέα, μόνο 20 συμμετέχουν στη δημιουργία των πρωτεϊνών του σώματός μας. Αυτά τα αμινοξέα συνδέονται μεταξύ τους με χημικούς δεσμούς και σχηματίζουν χιλιάδες διαφορετικές πρωτεΐνες.

🔍 Σημαντικό: Μια ειδική κατηγορία πρωτεϊνών είναι τα ένζυμα, που λειτουργούν σαν βιολογικοί καταλύτες και επιταχύνουν τις χημικές αντιδράσεις στον οργανισμό μας. Χωρίς αυτά, οι αντιδράσεις θα ήταν τόσο αργές που η ζωή δε θα μπορούσε να υπάρξει!

Οργανικές ενώσεις (Μέρος 2)

Τα λιπίδια είναι συστατικά που μπορούν να λειτουργούν είτε ως δομικά συστατικά των κυττάρων είτε ως αποθήκες ενέργειας. Κατά τη διάσπασή τους απελευθερώνουν διπλάσιο ποσό ενέργειας σε σχέση με τους υδατάνθρακες, γι' αυτό και είναι τόσο αποτελεσματικά ως ενεργειακές αποθήκες.

Τα νουκλεϊκά οξέα είναι πολύ σημαντικά μόρια που καθορίζουν τα κληρονομικά χαρακτηριστικά και ελέγχουν τις λειτουργίες των οργανισμών. Υπάρχουν δύο είδη: το δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ (DNA) και το ριβονουκλεϊκό οξύ (RNA).

Τα νουκλεϊκά οξέα δομούνται από απλούστερες ενώσεις που ονομάζονται νουκλεοτίδια. Αυτά ενώνονται μεταξύ τους και σχηματίζουν μεγάλες πολυνουκλεοτιδικές αλυσίδες, οι οποίες περιέχουν τις γενετικές πληροφορίες.

🧬 Εντυπωσιακό! Το DNA σου περιέχει τον κώδικα για όλα τα χαρακτηριστικά σου και αν ξετύλιγες όλο το DNA από ένα κύτταρο σου, θα είχε μήκος περίπου 2 μέτρα! Φαντάσου πόσο τέλεια διπλωμένο είναι μέσα στο μικροσκοπικό κύτταρο!

Το κύτταρο και η δομή του ευκαρυωτικού κυττάρου

Το κύτταρο είναι η θεμελιώδης δομική και λειτουργική μονάδα όλων των οργανισμών. Κάθε οργανισμός αποτελείται από ένα ή περισσότερα κύτταρα που λειτουργούν ως αυτόνομες μονάδες.

Τα κύτταρα διακρίνονται σε προκαρυωτικά και ευκαρυωτικά με βάση την ύπαρξη ή όχι οργανωμένου πυρήνα που περιέχει το γενετικό υλικό. Εμείς οι άνθρωποι, όπως και όλα τα ζώα και τα φυτά, έχουμε ευκαρυωτικά κύτταρα.

Βασικά μέρη του ευκαρυωτικού κυττάρου:

• Η πλασματική μεμβράνη περιβάλλει το κύτταρο σαν μια διπλή στρώση λιπιδίων. Διαχωρίζει το εσωτερικό του κυττάρου από το εξωτερικό περιβάλλον και ελέγχει ποιες ουσίες μπαίνουν και βγαίνουν από το κύτταρο.

• Ο πυρήνας είναι το κέντρο ελέγχου του κυττάρου. Εκεί βρίσκεται το γενετικό υλικό (DNA) που περιέχει όλες τις πληροφορίες για τη δομή και τη λειτουργία του. Ο πυρήνας περιβάλλεται από διπλή μεμβράνη (πυρηνική) με ανοίγματα (πυρηνικούς πόρους) που επιτρέπουν την ανταλλαγή μορίων μεταξύ του πυρήνα και του υπόλοιπου κυττάρου.

🔬 Αλήθεια ή ψέμα; Ένα τυπικό ανθρώπινο κύτταρο είναι τόσο μικρό που θα χρειαζόταν περίπου 50 κύτταρα το ένα δίπλα στο άλλο για να καλύψουν το πλάτος μιας ανθρώπινης τρίχας. Αλήθεια!

Κυτταρόπλασμα και οργανίδια

Το κυτταρόπλασμα βρίσκεται ανάμεσα στον πυρήνα και την πλασματική μεμβράνη και περιέχει διάφορα οργανίδια που επιτελούν τις λειτουργίες του κυττάρου.

Το σύμπλεγμα Golgi αποτελείται από ένα σύνολο παράλληλων πεπλατυσμένων σάκων. Εδώ οι πρωτεΐνες τροποποιούνται και παίρνουν την τελική τους μορφή αφού συντεθούν.

Τα λυσοσώματα είναι σφαιρικά οργανίδια που περιέχουν δραστικά ένζυμα για τη διάσπαση διαφόρων ουσιών. Λειτουργούν σαν το "σύστημα ανακύκλωσης" του κυττάρου.

Τα κενοτόπια είναι κυστίδια με υδατώδες υγρό και διαφέρουν στα ζωικά και φυτικά κύτταρα:

• Στα ζωικά κύτταρα σχηματίζονται όταν εισέρχονται θρεπτικά συστατικά ή μικροοργανισμοί που πρέπει να καταστραφούν.
• Στα φυτικά κύτταρα, τα χυμοτόπια είναι μεγαλύτερα, καταλαμβάνουν το μεγαλύτερο μέρος του κυττάρου και λειτουργούν ως αποθήκες θρεπτικών ουσιών.

🌱 Γνώριζες ότι; Τα χυμοτόπια των φυτικών κυττάρων περιέχουν χρωστικές που δίνουν το χρώμα στα λουλούδια και τους καρπούς. Η αλλαγή στο pH του χυμοτοπίου μπορεί να αλλάξει το χρώμα των άνθεων, όπως συμβαίνει με τις ορτανσίες!

Περισσότερα οργανίδια του κυττάρου

Το ενδοπλασματικό δίκτυο είναι ένα σύστημα μεμβρανών που συνδέεται με την πλασματική και την πυρηνική μεμβράνη. Αποτελεί ένα δίκτυο αγωγών για τη μεταφορά ουσιών και διακρίνεται σε:

• Αδρό, που έχει ριβοσώματα και συμμετέχει στη σύνθεση πρωτεϊνών
• Λείο, που δεν έχει ριβοσώματα και συμμετέχει στη σύνθεση λιπιδίων και στην αποθήκευση πρωτεϊνών

Τα ριβοσώματα αποτελούνται από πρωτεΐνες και RNA και είναι τα "εργοστάσια" παραγωγής πρωτεϊνών του κυττάρου. Μπορούν να βρίσκονται είτε προσκολλημένα στο αδρό ενδοπλασματικό δίκτυο είτε ελεύθερα στο κυτταρόπλασμα.

Τα μιτοχόνδρια είναι τα "ενεργειακά εργοστάσια" του κυττάρου. Εξασφαλίζουν την απαραίτητη ενέργεια για τις λειτουργίες του κυττάρου και ο αριθμός τους ποικίλλει ανάλογα με τις ενεργειακές ανάγκες κάθε κυττάρου.

Οι χλωροπλάστες βρίσκονται μόνο στα φυτικά κύτταρα και είναι υπεύθυνοι για τη φωτοσύνθεση. Κατά τη διαδικασία αυτή, ανόργανα μόρια μετατρέπονται με τη βοήθεια της ηλιακής ενέργειας σε οργανικά, ενώ παράλληλα απελευθερώνεται οξυγόνο. Περιέχουν χλωροφύλλη, την πράσινη χρωστική που είναι απαραίτητη για τη φωτοσύνθεση.

🔋 Εντυπωσιακό! Τα μιτοχόνδρια έχουν το δικό τους DNA και πιστεύεται ότι κάποτε ήταν ανεξάρτητοι οργανισμοί που συμβίωσαν με τα πρώιμα ευκαρυωτικά κύτταρα, προσφέροντάς τους ενεργειακά πλεονεκτήματα!

Κυτταρικό τοίχωμα και προκαρυωτικά κύτταρα

Το κυτταρικό τοίχωμα περιβάλλει την πλασματική μεμβράνη του φυτικού κυττάρου. Είναι σκληρό και συμπαγές, έχει στηρικτικό ρόλο και αποτελείται κυρίως από πολυσακχαρίτες, με πιο σημαντική την κυτταρίνη.

Τα προκαρυωτικά κύτταρα είναι πιο απλά από τα ευκαρυωτικά και οι χαρακτηριστικοί προκαρυωτικοί οργανισμοί είναι τα βακτήρια. Η δομή τους περιλαμβάνει:

1. Πλασματική μεμβράνη με παρόμοια δομή με αυτή των ευκαρυωτικών
2. Κυτταρόπλασμα που περιέχει ριβοσώματα για την πρωτεϊνοσύνθεση
3. Κυτταρικό τοίχωμα με διαφορετική χημική σύσταση από αυτό των φυτικών κυττάρων. Σε κάποια βακτήρια υπάρχει και ένα επιπλέον εξωτερικό περίβλημα, η κάψα.
4. Ειδικούς σχηματισμούς που βοηθούν στη μετακίνησή τους, όπως τα μαστίγια

Σε αντίξοες συνθήκες, ορισμένα βακτήρια αφυδατώνονται και μετατρέπονται σε ανθεκτικές μορφές που ονομάζονται ενδοσπόρια. Όταν οι συνθήκες βελτιωθούν, κάθε ενδοσπόριο μπορεί να μετατραπεί ξανά σε ενεργό βακτήριο.

🦠 Απίστευτο! Τα βακτήρια είναι τόσο ανθεκτικά που ενδοσπόρια βακτηρίων ηλικίας 250 εκατομμυρίων ετών έχουν αναβιώσει σε εργαστηριακές συνθήκες. Είναι σαν ένα είδος "ύπνωσης" που τους επιτρέπει να επιβιώσουν σε ακραίες συνθήκες για απίστευτα μεγάλο χρονικό διάστημα!