Επισημασμένο φυτικό κύτταρο με διαγράμματα

Τα φυτικά κύτταρα περιέχουν πολλά οργανίδια όπως τα ριβοσώματα, τον πυρήνα, την πλασματική μεμβράνη, το κυτταρικό τοίχωμα, τα μιτοχόνδρια και τους χλωροπλάστες. Επιπλέον, τα φυτικά κύτταρα διαφέρουν από τα ζωικά κύτταρα με πολλούς βασικούς τρόπους. Η εξέταση ενός διαγράμματος του φυτικού κυττάρου θα βοηθήσει να γίνουν πιο σαφείς οι διαφορές. Ας εξετάσουμε τα επιμέρους συστατικά των φυτικών κυττάρων που αναφέρονται σε ένα διάγραμμα όπως το παραπάνω και ας εξερευνήσουμε τους ρόλους που έχει καθένα από τα οργανίδια. Αυτό θα μας δώσει κάποια εικόνα για το πώς διαφέρουν τα φυτικά κύτταρα από τα ζωικά κύτταρα.

Τα μέρη ενός φυτικού κυττάρου περιλαμβάνουν το κυτταρικό τοίχωμα, την κυτταρική μεμβράνη, τον κυτταροσκελετό ή κυτταρόπλασμα, τον πυρήνα, το σώμα Golgi, τα μιτοχόνδρια, τα υπεροξισώματα, τα κενοτόπια, τα ριβοσώματα και το ενδοπλασματικό δίκτυο.

Μέρη ενός φυτικού κυττάρου

Το κυτταρικό τείχος

Ας ξεκινήσουμε από το εξωτερικό και ας προχωρήσουμε προς τα μέσα. Αρχικά, ολόκληρο το κύτταρο περιβάλλεται από μια άκαμπτη δομή που ονομάζεται κυτταρικό τοίχωμα. Η λειτουργία του κυτταρικού τοιχώματος είναι να παρέχει προστασία στο κύτταρο και να το υποστηρίζει. Το κυτταρικό τοίχωμα πρέπει να είναι και διαπερατό αλλά και άκαμπτο. Πρέπει να είναι διαπερατό ώστε τα υλικά να μπορούν να μετακινούνται μέσα και έξω από το κελί, αλλά αρκετά άκαμπτο ώστε να υποστηρίζει και να προστατεύει το κελί. Τα κυτταρικά τοιχώματα αποτελούνται από πολυμερή υδατανθράκων που αναφέρονται ως κυτταρίνη. Τα κυτταρικά τοιχώματα δεν υπάρχουν στα κύτταρα των ζώων, αλλά βρίσκονται σε φύκια και μύκητες, εκτός από τα φυτικά κύτταρα. Κατά τη διάρκεια της κυτταρικής διαίρεσης, τα φυτικά κύτταρα αναπτύσσουν ένα νέο κυτταρικό τοίχωμα στη μέση, χωρίζοντας ένα κύτταρο σε δύο. Αυτό είναι διαφορετικό από το πώς διαχωρίζονται τα ζωικά κύτταρα, καθώς γίνονται δύο κύτταρα τσιμπώντας στη μέση, μια διαδικασία που ονομάζεται κυτταροκίνηση.

Κυτταρική μεμβράνη

Ακριβώς μέσα στο κυτταρικό τοίχωμα βρίσκεται η κυτταρική μεμβράνη ή η πλασματική μεμβράνη. Η λειτουργία της πλασματικής μεμβράνης είναι να διατηρεί το κυτταρόπλασμα και το υπόλοιπο περιεχόμενό του, όπως τα θρεπτικά συστατικά και τα οργανίδια, χωριστά από το εξωτερικό περιβάλλον. Η πλασματική μεμβράνη είναι ημιπερατή σαν ένα κυτταρικό τοίχωμα. Η πλασματική μεμβράνη παρέχει ένα πρόσθετο στρώμα προστασίας στα υλικά μέσα στο κύτταρο, επιπλέον του ότι διατηρεί τις επιθυμητές ουσίες δεσμευμένες μέσα. Η κυτταρική μεμβράνη παίζει επίσης ρόλο στη ρύθμιση της ισορροπίας και της ανάπτυξης του κυττάρου συνολικά.

Κυττάρο

Μέσα τόσο στην κυτταρική μεμβράνη όσο και στο κυτταρικό τοίχωμα βρίσκεται το κυτταρόπλασμα, μια ζελατινώδης ουσία που αποτελεί τη συντριπτική πλειοψηφία του εσωτερικού του κυττάρου. Τα υλικά που είναι απαραίτητα για την επιβίωση του κυττάρου όπως ένζυμα, θρεπτικά συστατικά, αλάτι και νερό βρίσκονται εδώ, όπως και τα διάφορα οργανίδια που ανήκουν στο κύτταρο. Μια μήτρα ινών μπορεί να βρεθεί μέσα στο κυτταρόπλασμα, μια δομή που αναφέρεται ως κυτταροσκελετός, η λειτουργία του οποίου είναι να βοηθά το κύτταρο να διατηρήσει το σχήμα του.

Πυρήνας

Το μεγαλύτερο οργανίδιο που βρίσκεται μέσα στο κυτταρόπλασμα είναι ο πυρήνας. Ο πυρήνας αναφέρεται συχνά ως ο «εγκέφαλος» του κυττάρου και οι κληρονομικές πληροφορίες του κυττάρου βρίσκονται μέσα σε αυτόν. Ο πυρήνας έχει μια μικρότερη δομή που αναφέρεται ως πυρήνας μέσα του και η λειτουργία του πυρήνα είναι να συνθέτει ριβοσώματα. Τα ριβοσώματα που παράγονται από τον πυρήνα θα ταξιδέψουν έξω από την πυρηνική μεμβράνη μέσω οπών που ονομάζονται πυρηνικοί πόροι και θα μετακινηθούν στο κυτταρόπλασμα του κυττάρου όπου θα βοηθήσουν το κύτταρο να παράγει ενέργεια.

Ενδοπλασματικό Δίκτυο

Το ενδοπλασματικό δίκτυο είναι ένα οργανίδιο υπεύθυνο για τη δημιουργία λιπιδίων. Επιπλέον, συνθέτοντας λιπίδια, το ενδοπλασματικό δίκτυο μεταφέρει λιπίδια σε διάφορα μέρη του κυττάρου. Το ενδοπλασματικό δίκτυο είναι σημαντικό για τα ευκαρυωτικά κύτταρα, καθώς χωρίς αυτό δεν μπορούν να παραχθούν τα λιπίδια που αποτελούν τις διάφορες μεμβράνες του κυττάρου. Το ενδοπλασματικό δίκτυο αποτελείται από δύο μισά, το λείο ενδοπλασματικό δίκτυο και το τραχύ ενδοπλασματικό δίκτυο. Το τραχύ ενδοπλασματικό δίκτυο πήρε το όνομά του από το γεγονός ότι καλύπτεται από ριβοσώματα, τα οποία όπως αναφέρθηκε προηγουμένως συντίθενται στον πυρήνα. Το λείο ενδοπλασματικό δίκτυο στερείται ριβοσωμάτων.

Η συσκευή Golgi

Η Συσκευή Golgi, που μερικές φορές αναφέρεται ως το σώμα Golgi, λέγεται συχνά ότι είναι το «ταχυδρομείο» του κυττάρου, λόγω του γεγονότος ότι συσκευάζει και αποστέλλει διάφορες ενώσεις στα μέρη του κυττάρου όπου χρειάζονται. Το σώμα Golgi μεταφέρει λιπίδια και πρωτεΐνες σε άλλα οργανίδια. Πολλά από τα προϊόντα που συντίθενται από το ενδοπλασματικό δίκτυο κατευθύνονται προς τη συσκευή Golgi, μεταφερόμενα από κυστίδια. Τα μόρια θα ταξιδεύουν μέσω της συσκευής Golgi, τροποποιούνται καθώς το κάνουν, και μόλις αυτά τα μόρια φτάσουν στην επιφάνεια της συσκευής Golgi, τοποθετούνται σε κυστίδια και αποστέλλονται στους αντίστοιχους προορισμούς.

Χλωροπλάστες

Οι χλωροπλάστες είναι τα οργανίδια που είναι υπεύθυνα για τη φωτοσύνθεση στα φυτικά κύτταρα. Είναι οι δομές που επιτρέπουν στα φυτά να απορροφούν την ενέργεια που βασίζεται σε ιόντα από τον ήλιο και να μετατρέπεται σε χρησιμοποιήσιμη ενέργεια συνδυάζοντάς την με διοξείδιο του άνθρακα και νερό. Οι χλωροπλάστες έχουν χρωστικές και πλαστίδια μέσα τους. Οι χρωστικές είναι οι δομές που απορροφούν την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που προέρχεται από τον ήλιο, ενώ τα πλαστίδια είναι υπεύθυνα για την αποθήκευση της ενέργειας που απορροφούν οι χρωστικές. Ενώ η χλωροφύλλη είναι ο πιο κοινός τύπος χρωστικής για τα φυτά, δίνοντάς τους το πράσινο χρώμα, υπάρχουν και άλλες χρωστικές όπως οι φυκολοβίνες και τα καροτενοειδή.

Μιτοχόνδρια

Τα μιτοχόνδρια λέγεται συχνά ότι είναι η δύναμη του κυττάρου, επειδή είναι το οργανίδιο που είναι υπεύθυνο για την παραγωγή ενέργειας. Τόσο τα ζωικά κύτταρα όσο και τα φυτικά κύτταρα έχουν μιτοχόνδρια, σε αντίθεση με τα ζώα, όπως τα ζωικά κύτταρα δεν έχουν χλωροπλάστες. Τα μιτοχόνδρια μέσα στα κύτταρα δημιουργούν μια ουσία γνωστή ως ATP μέσω μιας διαδικασίας που ονομάζεται κυτταρική αναπνοή, αποθηκεύοντας την ενέργεια που απορροφάται από τον ήλιο (ή στην περίπτωση των ζωικών κυττάρων από την κατανάλωση άλλων οργανισμών) σε μια μορφή που μπορεί να χρησιμοποιήσει ο οργανισμός. Τα φυτά το επιτυγχάνουν αυτό μετατρέποντας το διοξείδιο του άνθρακα και το νερό σε ενέργεια, που καταλύεται από το ηλιακό φως στο οποίο εκτίθενται.

Περοξισώματα

Τα υπεροξισώματα εμπλέκονται στη διαδικασία της φωτοαναπνοής. Η φωτοαναπνοή είναι η μέθοδος με την οποία τα φυτικά κύτταρα αναπνέουν, απορροφώντας φως και παράγοντας ενέργεια. Φωτοαναπνοή τι συμβαίνει στα φυτά όταν τα επίπεδα διοξειδίου του άνθρακα είναι πολύ χαμηλά για να παράγουν ενέργεια μέσω της φωτοσύνθεσης. Η διαδικασία είναι κάπως σπάταλη σε σύγκριση με την κανονική φωτοσύνθεση. Τα υπεροξισώματα παίζουν επίσης ρόλο στη δημιουργία υδατανθράκων από λιπαρά οξέα, γεγονός που επιτρέπει στο φυτό να το προσδιορίσει φαίνεται. Τα υπεροξισώματα είναι επίσης υπεύθυνα για τη δημιουργία νερού από το υπεροξείδιο του υδρογόνου, το οποίο πρέπει να διασπαστεί διαφορετικά θα είναι τοξικό για το κύτταρο.

Ριβοσώματα

Τα ριβοσώματα μπορούν να βρεθούν είτε προσκολλημένα στο ενδοπλασματικό δίκτυο είτε ελεύθερα επιπλέοντα στο κυτταρόπλασμα του κυττάρου και είναι υπεύθυνα για τη σύνθεση πρωτεϊνών. Τα ριβοσώματα δημιουργούνται στον πυρήνα του κυττάρου. Τα ριβοσώματα αποτελούνται από δύο μικρότερες υπομονάδες, μια μεγάλη υπομονάδα ριβοσωμάτων και μια μικρή ριβοσωμική υπομονάδα. Το μεταφερόμενο RNA ή tRNA κωδικοποιεί τη σωστή σειρά γενετικών εντολών στο mRNA ή το αγγελιαφόρο RNA, το οποίο είναι αυτό που διασφαλίζει τη δημιουργία των σωστών πρωτεϊνών. Οι λειτουργικές πρωτεΐνες ξεκινούν ως αμινοξέα, που συνδέονται μεταξύ τους σε πολυπεπτιδικές αλυσίδες από τα ριβοσώματα.

Vacuoles

Τα κενοτόπια παίζουν πολλούς διαφορετικούς ρόλους μέσα σε ένα κύτταρο. Μέσα στα φυτικά κύτταρα, αλλά και στα ζωικά κύτταρα, βοηθούν στην αποτοξίνωση, την προστασία, τη μεταφορά και τις διαδικασίες ανάπτυξης των κυττάρων. Ωστόσο, υπάρχουν κάποιες διαφορές μεταξύ των κενοτοπίων που βρίσκονται στα ζωικά κύτταρα στα κενοτόπια που βρίσκονται στα φυτικά κύτταρα. Τα φυτικά κύτταρα έχουν συνήθως ένα μεγάλο κενοτόπιο που μπορεί να αντιπροσωπεύει τη συντριπτική πλειοψηφία του όγκου του κυττάρου, ενώ τα ζωικά κύτταρα μπορούν να έχουν πολλά περισσότερα κενοτόπια που είναι επίσης μικρότερα. Τα κενοτόπια ασκούν πίεση στο κυτταρικό τοίχωμα του φυτικού κυττάρου και με αυτόν τον τρόπο βοηθούν στη διατήρηση της πίεσης στρεβλώσεων του κυττάρου. Τα κενοτόπια του κυττάρου είναι επίσης υπεύθυνα για τον μηδενισμό και τη διάσπαση τοξικών ουσιών όπως τα βαρέα μέταλλα και τα δηλητήρια που βρίσκονται στο κυτταρόπλασμα του κυττάρου, επομένως βοηθούν στην προστασία του κυττάρου.

Η διαδικασία της φωτοσύνθεσης

Η διαδικασία της φωτοσύνθεσης χρησιμοποιεί τους χλωροπλάστες και τη χλωροφύλλη μέσα, που αναφέρονται παραπάνω. Η χλωροφύλλη είναι μια χρωστική ουσία και είναι ικανή να απορροφά ορισμένα μέρη του φάσματος φωτός. Η φωτοσύνθεση χρειάζεται επίσης πολλά βασικά συστατικά για να πραγματοποιηθεί:διοξείδιο του άνθρακα και νερό.

Οι οργανισμοί που είναι ικανοί για φωτοσύνθεση έχουν οργανίδια που αναφέρονται ως πλαστίδια που επιπλέουν μέσα στο κυτταρόπλασμα του κυττάρου. Η διαφορά μεταξύ πλαστιδίων και χρωστικών είναι ότι τα πλαστίδια περιέχουν τη χρωστική ουσία καθώς και άλλες δομές όπως άμυλα και λίπη. Ο χλωροπλάστης είναι το πλαστίδιο, ενώ η χλωροφύλλη είναι η χρωστική ουσία. Οι χλωροπλάστες έχουν τα δικά τους γονίδια μέσα τους, όπως τα μιτοχόνδρια στα ζωικά κύτταρα, και είναι αυτοί που μετατρέπουν την ηλιακή ενέργεια σε υδατάνθρακες.

Η χλωροφύλλη λειτουργεί απορροφώντας τα κόκκινα και μπλε μήκη κύματος του φωτός και μπορούν να χωριστούν σε δύο διαφορετικές κατηγορίες. Η βακτηριακή χλωροφύλλη είναι ένας τύπος χλωροφύλλης που βρίσκεται μόνο στα βακτήρια, ενώ η κανονική χλωροφύλλη βρίσκεται στα φωτοσυνθετικά φύκια και στα φυτά. Αφού η χλωροφύλλη απορροφήσει το ηλιακό φως, χρησιμοποιεί την ενέργεια από τα δονούμενα ηλεκτρόνια στο ηλιακό φως για να ξεκινήσει μια διαδικασία που θα μετατρέψει το διοξείδιο του άνθρακα και το νερό σε μια μορφή χρησιμοποιήσιμης ενέργειας γνωστής ως ATP. Αυτό συμβαίνει καθώς τα ιόντα ρέουν μέσω του αγωγού που είναι γνωστή ως συνθάση ATP και μετακινούνται από το θυλακοειδή στο στρώμα.

Πώς διαφέρουν τα ζωικά κύτταρα και τα φυτικά κύτταρα

Ενώ τα φυτικά και τα ζωικά κύτταρα είναι παρόμοια από πολλές απόψεις, όπως το να διαθέτουν τις ίδιες δομές πυρήνα (όπως ένας πυρήνας, τα μιτοχόνδρια, ένα σώμα Golgi και μια κυτταρική μεμβράνη), είναι επίσης διαφορετικά με αξιοσημείωτους τρόπους.

• Καταρχάς, τα ζωικά κύτταρα είναι συνήθως σημαντικά μικρότερα από τα φυτικά κύτταρα, με τα φυτικά κύτταρα να κυμαίνονται από 10 έως 100 μm σε μήκος, ενώ τα ζωικά κύτταρα έχουν συνήθως μήκος μεταξύ 10 και 30 μm.
• Ο τρόπος με τον οποίο τα κύτταρα αποθηκεύουν ενέργεια είναι επίσης διαφορετικός. Το άμυλο είναι ο τρόπος με τον οποίο τα φυτικά κύτταρα αποθηκεύουν ενέργεια, ενώ τα ζωικά κύτταρα αποθηκεύουν την ενέργειά τους ως γλυκογόνο.
• Τα ζωικά κύτταρα δεν διαθέτουν κυτταρικό τοίχωμα, ενώ τα φυτικά κύτταρα έχουν κυτταρικό τοίχωμα.
• Η διαδικασία της κυτταρικής διαίρεσης και αντιγραφής είναι επίσης διαφορετική στα φυτικά και στα ζωικά κύτταρα. Στα ζωικά κύτταρα, η κυτταροκίνηση δημιουργεί δύο νέα κύτταρα τσιμπώντας ένα μεμονωμένο κύτταρο στη μέση μέχρι να μείνουν δύο. Αντίθετα, τα φυτικά κύτταρα διαιρούνται απλώς δημιουργώντας ένα νέο κυτταρικό τοίχωμα στη μέση του κυττάρου.
• Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, τα ζωικά κύτταρα έχουν πολλά μικρά κενοτόπια μέσα τους, ενώ τα φυτικά κύτταρα έχουν συνήθως μόνο ένα μεγάλο κενό.
• Τα φυτικά κύτταρα σπάνια έχουν λυσοσώματα μέσα τους, επειδή το κενοτόπιο ενός φυτικού κυττάρου διασπά μόρια, ενώ τα ζωικά κύτταρα χρειάζονται λυσοσώματα για να αφομοιώσουν τα κυτταρικά μακρομόρια.
• Τέλος, τα φυτικά κύτταρα έχουν χλωροπλάστες ενώ τα ζωικά κύτταρα δεν έχουν χλωροπλάστες.