Celula

Ce este celula

La baza alcătuirii organismului uman, ca de altfel și al tuturor viețuitoarelor, se află celula. Întregul organism uman este alcătuit din celule.

Celulele pot exista singure (exemplu: globulele albe din sânge) sau grupate, formând țesuturi (exemplu: țesutul nervos, alcătuit prin gruparea neuronilor).

Definiție: Celula este unitatea principală structurală, funcțională și genetică a organismelor vii.

Nivelurile de organizare ale corpului uman sunt, conform complexității, următoarele: celule → tesuturi →organe → sisteme de organe → organism

Figura 1. Structura celulei

Celula reprezintă un sistem deschis prin care se realizează schimbul de materie și energie cu mediul extern. Are o mare capacitate de creștere, dezvoltare și diferențiere (trecerea de la forme simple la forme din ce în ce mai complexe), datorită proprietății de autoreproducere.

Forma, alcătuirea și funcția celulelor este diferită, legată de locul în care este plasată, de țesutul din care face parte, de rolul pe care îl are. De exemplu, celula musculară Totodată și dimensiunea celulelor diferă. Din punct de vedere al mărimii celulele variază în funcție de specializarea lor, de starea fiziologică a organismului, de condițiile mediului extern sau vârstă. De exemplu, cea mai mare celulă este ovulul (200 microni) și are rol în reproducere, ăn timp ce spermatozoidul (40-55 microni) este una din cele mai mici celule.

Componentele celulei

Componentele fundamentale ale celulei sunt:

• membrana
• citoplasma
• nucleul

Membrana celulară

Membrana celulară se află la periferia celulei. Membrana este un complex molecular lipoproteic care înconjoară celula și este considerată astăzi „organul care mediază și controlează interacțiunile celulei cu toate componentele mediului, fie ele molecule mici, molecule mari sau alte celule”. Este alcătuită din: proteine, un dublu strat fosfolipidic, colesterol, carbohidrați, alte lipide. Membrana are permeabilitate selectivă.

Procesele de schimb care au loc în membrana celulară se realizează prin două tipuri de transport:

• transportul prin canale sau pompe - asigură trecerea apei și a substanțelor dizolvate prin membrana celulară; se poate realiza pasiv, în sensul gradientului de concetrație sau activ, împotriva gradientului de concentrație.
• transportul prin endocitoză sau exocitoză - este procesul prin care celula înglobează sau elimină particule de natură diferită, prin intermediul unor vezicule formate la nivelul membranei celulare.

Membrana îndeplinește o serie de funcții fundamentale:

• rol de delimitare fizico-chimică a mediului intracelular de cel extracelular;
• asigurarea distribuției simetrice a componentelor ionice prin permeabilitatea selectivă și transportul activ.

Această simetrie stă la baza activității bioelectrice celulare, a transmiterii sinaptice, a proceselor de secreție și absorbție digestive și renale, a menținerii echilibrului hidro-electrolitic:

• transferul de informații realizat prin hormoni, medicamente și alți stimuli fizico-chimici.

Acești factori acționează frecvent prin receptorii membranari specializați, determinând modificări ale activității celulare;

• rol de apărare și secreție prin fagocitoză, endocitoză și exocitoză;
• rol în recunoaștere intercelulară și apărare imunitară:
• reglarea și limitarea creșterii organelor;
• roluri metabolice intracelulare (conversia chimiosmotică a energiei în ATP);
• adezivitatea și relațiile intercelulare;
• participarea la desfășurarea mecanismelor etiopatogenice ale unor afecțiuni.

Citoplasma celulară

Citoplasma este o substanță de consistență gelatinoasă care ocupă interiorul celulei și în care sunt scufundate nucleul împreună cu celelalte organite citoplasmatice (celulare) (structuri foarte mici, prezente în interiorul celulelor, care îndeplinesc anumite funcții). Are o structură complexă, la nivelul ei desfășurându-se principalele funcții vitale (sinteza de proteine, producția de energie, contractibilitatea).

Organitele celulare sunt de două tipuri:

• comune (pe care le întâlnim la toate tipurile de celule);
• specifice (care sunt necesare doar anumitor tipuri de celule).

Organitele comune sunt:

• reticulul endoplasmatic
• ribozomii
• lizozomii
• aparatul Golgi
• mitocondriile
• centrozomul (centrul celular).

Organitele specifice sunt: miofibrilele (le găsim doar în fibra musculară), eurofibrilele și corpusculii Nissl (specifice celulei nervoase).

Reticulul endoplasmic (RE) este compartimentul intracelular cu cea mai complexă geometrie și cea mai mare diversitate funcțională. Apare ca un sistem de membrane care face legătura între exteriorul celulei și nucleu (este un sistem de transport). RE este implicat şi în transportul proteinelor și lipidelor în celulă.

Reticulul endoplasmatic este de două categorii:

• reticul endoplasmatic rugos (REG) - este un sistem de membrane și canale care prezintă ribozomi atașați la suprafața lor; proteinele sintetizate de ribozomi sunt încorporate în vezicule și transportate spre aparatul Golgi;
• reticul endoplasmatic neted (REN) - este un sistem de membrane și canalicule care facilitează transportul substanțelor în interiorul celulelor, este lipsit de ribozomi, şi în el au loc unele reacții metabolice importante.

Aparatul Golgi (Complex Golgi ) este strâns legat de reticulul endoplasmatic. Este format din 4 sau mai multe straturi de vezicule aplatizate din care se desprind alte vezicule sferice. Acest aparat este bine dezvoltat în celulele secretoare. Aparatul Golgi funcţionează în dependenţă cu reticulul endoplasmatic. Vezicule transportoare desprinse din reticul fuzionează cu aparatul Golgi. Substanţele transportate sunt procesate de acest aparat şi formează lizozomi, vezicule secretoare sau alte componente. Rolul aparatului este cel secretor şi de sinteză de carbohidraţi.

Lizozomii se prezintă sub forma unor vezicule mici care conțin în interiorul lor enzime. Au rol în digestia intracelulară și fagocitoză. Fagocitoza este procesul prin care o celulă încorporează microbii sau corpurile străine, pe care le distruge (prin digestie).

Ribozomii sunt formațiuni sferice de dimensiuni mici, cu rol în sinteza proteinelor. Ei se găsesc fie liberi în citoplasmă, fie atașați canaliculelor reticulului endoplasmatic, formând reticulul endoplasmic rugos. Ribozomii sunt formați dintr-un anumit tip de ARN (numit ARN ribozomal) și proteine.

Mitocondriile sunt organite din citoplasma celulei în care are loc respirația, produc energie prin ardere celulară. Membrana internă este pliată sub forma unor creste. Conțin ADN (acid dezoxiribonucleic) propriu (numit ADN mitocondrial). Sunt mai numeroase în celulele cu activitate metabolică mai intensă.

Centrozomul (centrul celular) este o regiune specializată a celulei, situată în imediata apropiere a nucleului, formează fusul de diviziune (prin care celula se multiplică). Centrozomul lipsește din celula nervoasă, care nu se divide.

Nucleul celular

Nucleul este un corpuscul de dimensiuni mari, aflat în citoplasma celulei, are formă sferică, conține materialul genetic (ADN) responsabil de funcționarea celulară (rol de centru de control al activității celulei) și de a transmite caractere ereditare.

La rândul său, nucleul este alcătuit din:

• membrană nucleară dublă, care se numește cariolemă ;
• citoplasmă nucleară, numită și carioplasmă (un suc nuclear vâscos), care conține o rețea de filamente subțiri numită cromatină; cromatina conține molecule de ADN, care formează cromozomii. Moleculele de ADN sunt alcătuite dintr-un număr foarte mare de gene - care sunt materialul nostru genetic.

Nucleul conține unul sau doi nucleoli care sunt mici corpuri sferice cu rol de a transmite mesaje ribozomilor din citoplasmă pentru a fabrica proteine.

Celulele umane sunt de tip eucariot (gr. eu - bun, carion - nucleu) deoarece sunt alcătuite dintr-un nucleu separat de citoplasmă printr-o membrană proprie, în interiorul căruia se găsesc elementele care conțin informația ereditară și îndeplinesc toate funcțiile celulare.

Informația ereditară, cromosomii și ADN-ul

Nucleul conține toate informațiile genetice care trec de la părinți la copii în urma procesului de reproducere. Toate aceste informații se găsesc codificate în substanța numită ADN (acid dezoxiribonucleic). Acest compus biologic special dispune de două însușiri principale:depozitează informația și este capabil să-și creeze copia identică.

ADN-ul este un polimer format din unităţi de bază numite nucleotide. O nucleotidă este formată din:

• O bază azotată:

• Purinică: adenina, guanina
• Pirimidinică: citozina, timina

• Zahărul: deoxiriboza
• Fosfatul

Nucleotidele sunt legate între ele prin intermediul fosfatului şi al zahărului formând o catenă. ADN-ul este o moleculă bicatenară, cele două catene sunt legate între ele prin punţi de hidrogen între bazele azotate de pe cele două catene. Structura ADN-ului este cea de dublu helix, catenele sunt răsucite una în jurul celeilalte (fig. 2).

Figura 2. Cromosomul și ADN-ul uman

Cea mai mare cantitate a materialului genetic se găseşte în nucleu, unde formează cromatina. Aceasta este formată din ADN şi proteine, care sunt implicate în stabilizarea cromatinei. În timpul interfazei, materialul genetic se găseşte sub formă de cromatină, care este laxă, iar în timpul diviziunii se condensează formând cromosomii (cromatină = cromosomi).

Termenul de cromosom are originea în greacă, soma însemană corp, iar cromos - culoare, sunt corpi evidențiați prin colorare. În limba română sunt acceptate ambele variante: cromosom și cromozom.

Specia umană are informaţia genetică grupată în 23 perechi de cromosomi. Dintre aceştia, 22 de perechi sunt autosomi şi o pereche sunt cromosomii specifici sexului (XX pentru femeie sau XY pentru bărbat).

În urma diviziunii celulare rezultă cromosomi monocromatidici, fiecare conţinând o singură moleculă de ADN bicatenar.

În timpul interfazei are loc dublarea cantităţii de ADN prin procesul de replicare. Astfel, vor rezulta cromosomi bicromatidici, fiecare conţinând 2 molecule de ADN O anumită informație există în unele molecule de acid dezoxiribonucleic (ADN), substanță care, atunci când celula este în stare de repaus, se găsește împrăștiată în nucleu sub formă de cromatină, iar în timpul diviziunii celulare se condensează și capătă forma unor bastonașe numite cromosomi.

Diviziunea celulară

Definiție: Diviziunea celulară reprezintă procesul de formare a două sau mai multe celule-fiice dintr-o singură celulă mamă.

Se divide mai întâi nucleul celulei (proces numit cariokineză), după care are loc diviziunea citoplasmei (proces numit citokineză) și se formează o membrană nucleară între cei doi nuclei. În urma diviziunii iau naștere doi nuclei identici cu nucleul celulei mamă.

Ciclul celular

Definiție: Ciclul celular reprezintă secvența de faze diferite prin care trece o celulă între o diviziune celulară și următoarea.

Ciclul celular poate fi împărțit în patru perioade principale:

• perioada M - în cursul căreia are loc mitoza (diviziunea nucleului) și citokineza (diviziunea citoplasmei);
• perioada G1 - în care au loc procese intense de biosinteză (producerea de molecule de către celulă) și creștere celulară;
• perioada S - în care se dublează cantitatea de ADN din celulă și are loc replicarea („înmulțirea”) cromozomilor; aceștia din monocromatidici devin bicromatidici.
• perioada G2 - în timpul căreia au loc ultimele pregătiri înainte de diviziunea celulară.

Perioadele G1, S și G2 alcătuiesc împreună interfaza.

Interfaza - reprezintă etapa care urmează după încheierea diviziunii celulare. În această etapă nucleul nu se mai divide; au loc modificări atât în nucleu, cât și în citoplasmă, care duc la dezvoltarea deplină a celulelor fiice.

Diviziunea celulară este de două tipuri:

• diviziunea mitotică (mitoza);
• diviziunea meiotică (meioza).

Figura 3. Ciclul celular

Ambele tipuri de diviziune celulară se desfășoară după următoarele etape:

• profază;
• metafază;
• anafază;
• telofază.

Diviziunea mitotică (mitoza)

Definiție: Mitoza este un tip de diviziune nucleară în urma căreia rezultă două celule fiice, având fiecare un nucleu care conține același număr și același tip de cromozomi ca și celula mamă.

Pe parcursul diviziunii mitotice au loc mai multe modificări. Fiecare cromozom se divide în lungime în două cromatide, care se despart și formează cromozomii celor doi nuclei ai celulelor fiice. Procesul cuprinde patru faze: profaza, metafaza, anafaza şi telofaza.

Profaza - primul stadiu al diviziunii celulare, în cursul căruia cromatina începe să se condenseze, membrana nucleară şi nucleolul încep să se dezagrege. Centriolii încep să formeze fusul de diviziune. Materialul genetic este dublu (46 de cromosomi/cromatină bicromatidici).

Metafaza - în cursul acestei faze membrana nucleară se distruge total, se finalizează fusul de diviziune, iar cromozomii se fixează cu centromerii de fus, formând placa ecuatorială (zona care se formează pe linia de centru a celulei aflate în diviziune).

Anafaza - stadiul trei al diviziunii în care cromatidele fiecărui cromozom se separă și se deplasează în direcții opuse, îndepărtându-se fiecare spre câte un pol al fusului de diviziune.

Telofaza - ultimul stadiu al diviziunii, în care cromatidele care s-au separat în anafază se adună la polii fusului. În jurul fiecărui grup se formează o membrană nucleară, rezultând doi nuclei fii cu același număr și același fel de cromozomi ca și nucleul inițial al celulei. Nucleii fii se formează din cromatide.

Figura 4. Diviziunea mitotică

Cu alte cuvinte, în urma diviziunii mitotice cromozomii celulelor fiice vor fi identici, ca și conținut informațional, cu cei ai celulei mamă, identitate care se observă și de la o celulă fiică la altă celulă fiică.

În urma diviziunii meiotice, nucleii care au rezultat posedă numai jumătate din numărul inițial de cromozomi. Este procesul de diviziune care se desfăşoară în celulele generatoare din organele sexuale. Are ca rezultat obţinerea de celule haploide (care conţin doar jumătate din cantitatea de material genetic, 23 cromosomi). Meioza precede fecundaţia şi are loc tocmai pentru a păstra cantitatea de material genetic constantă în descendenţă (23 cromosomi materni + 23 cromosomi paterni = 46 cromosomi).

Diviziunea celulară pornește de la o celulă mamă diploidă (care are un număr dublu de cromozomi). În urma diviziunii mitotice vor rezulta două celule fiice tot diploide, ca și celula mamă, adică care au număr dublu de cromozomi. În schimb, în urma diviziunii meiotice vor rezulta patru celule fiice haploide (care au doar jumătate din numărul de cromozomi ai celulei mamă).