Celula – unitate structurală și funcțională a vieții

Descrie structura celulelor procariote și eucariote, precum și ultrastructura componentelor celulare.

Celula procariotă și celula eucariotă

Celula este unitatea structurală și funcțională a tuturor organismelor vii: cea mai mică entitate care prezintă toate caracteristicile vieții. Teoria celulară afirmă că toate organismele sunt alcătuite din celule și că orice celulă provine dintr-o celulă preexistentă.

După organizarea materialului genetic există două mari tipuri:

Celula procariotă (bacterii, cianobacterii — regnul Monera):

• nu are nucleu individualizat: materialul genetic — o singură moleculă de ADN circular numită nucleoid — stă liber în citoplasmă, fără membrană nucleară;
• nu are organite delimitate de membrane (fără mitocondrii, reticul, aparat Golgi);
• are ribozomi (mai mici decât cei eucarioți), perete celular, uneori capsulă, flageli sau pili;
• dimensiuni mici: 1–10 micrometri.

Celula eucariotă (protiste, fungi, plante, animale):

• are nucleu adevărat, delimitat de o membrană dublă (anvelopă nucleară);
• are organite specializate delimitate de membrane — compartimentarea permite desfășurarea simultană a unor procese incompatibile;
• dimensiuni mai mari: 10–100 micrometri.

Capcana clasică: „procariotele nu au material genetic” — FALS, au ADN, doar că neînchis într-un nucleu. A doua capcană: „procariotele nu au ribozomi” — FALS, ribozomii sunt singurele organite prezente la ambele tipuri de celule.

Membrana celulară

Membrana celulară (plasmalema) delimitează celula și controlează schimburile cu exteriorul. Modelul acceptat azi este mozaicul fluid: un strat dublu fosfolipidic în care plutesc proteine.

• Fosfolipidele stau cu capetele hidrofile spre exterior și interior (spre apă) și cu cozile hidrofobe față în față — de aici caracterul de barieră pentru substanțele solubile în apă;
• Proteinele membranare pot traversa stratul dublu (proteine integrale, adesea canale și transportori) sau pot sta atașate pe fețe (periferice);
• Colesterolul (la celulele animale) reglează fluiditatea;
• Glucidele atașate pe fața externă formează glicocalixul, cu rol în recunoașterea intercelulară.

Proprietatea definitorie: permeabilitatea selectivă — membrana lasă să treacă unele substanțe și le oprește pe altele.

Tipuri de transport:

• pasiv, FĂRĂ consum de energie, în sensul gradientului de concentrație: difuziunea (molecule mici, gaze), difuziunea facilitată (prin proteine-canal sau transportori) și osmoza — difuziunea APEI printr-o membrană selectiv permeabilă, de la soluția diluată spre cea concentrată;
• activ, CU consum de ATP, împotriva gradientului (pompa de sodiu-potasiu);
• transport în masă: endocitoza (fagocitoză, pinocitoză) și exocitoza.

Greșeala de punctaj: osmoza nu e „difuzia oricărei substanțe”, ci strict difuzia apei; iar transportul activ, nu cel pasiv, cere energie.

Citoplasma și organitele comune

Citoplasma este conținutul celulei dintre membrană și nucleu: o parte nestructurată, citosolul (soluție coloidală de apă, ioni, biomolecule), și o parte structurată — organitele. Organitele comune tuturor celulelor eucariote:

• Ribozomii – granule NEdelimitate de membrană, formate din ARN ribozomal și proteine; sediul sintezei proteinelor; stau liberi în citosol sau atașați reticulului;
• Reticulul endoplasmatic (RE) – rețea de canale și cisterne; RE rugos (cu ribozomi atașați) sintetizează proteine destinate exportului; RE neted sintetizează lipide;
• Aparatul Golgi – teancuri de cisterne turtite; primește produșii RE, îi modifică, îi sortează și îi împachetează în vezicule pentru secreție; foarte dezvoltat în celulele glandulare;
• Mitocondriile – organite cu membrană dublă, cea internă pliată în criste; sediul respirației celulare aerobe, prin care se produce ATP — de aici porecla de „uzinele energetice ale celulei”; conțin ADN propriu și ribozomi, deci se pot diviza autonom;
• Lizozomii – vezicule cu enzime hidrolitice; realizează digestia intracelulară; abundenți în celulele fagocitare (leucocite);
• Centrozomul – cu doi centrioli; organizează fusul de diviziune; prezent în celula animală, ABSENT în celulele plantelor superioare — detaliu de comparație cerut frecvent.

Legătura funcțională de reținut: ribozomi → RE rugos → Golgi → vezicule de secreție — traseul unei proteine exportate.

Organitele specifice celulei vegetale

Celula vegetală are, pe lângă organitele comune, structuri proprii care îi definesc modul de viață autotrof și imobil:

• Peretele celular – înveliș rigid, extern membranei, alcătuit în principal din celuloză; dă forma celulei și o protejează de spargere în mediile diluate. Atenție: peretele NU înlocuiește membrana — celula vegetală are și membrană, și perete. Peretele există și la fungi (din chitină) și la bacterii (altă compoziție), deci nu e exclusiv vegetal, dar la animale lipsește întotdeauna;
• Plastidele – organite cu membrană dublă, cu ADN propriu:
• cloroplastele – conțin clorofilă, pigmentul verde; în interior au un sistem de saci turtiți (tilacoide, stivuite în grana) scăldați în stromă; sediul fotosintezei — sinteza substanțelor organice din CO2 și apă, cu energie luminoasă și eliberare de O2;
• cromoplastele – pigmenți galben-portocalii (morcov, petale);
• leucoplastele/amiloplastele – incolore, depozitează amidon (tuberculul de cartof);
• Vacuola – veziculă plină cu suc vacuolar (apă, săruri, pigmenți), delimitată de o membrană numită tonoplast; la celula vegetală matură există de regulă O SINGURĂ vacuolă mare, centrală, care împinge citoplasma și nucleul spre periferie; menține turgescența — starea de tensiune care ține planta dreaptă. Celulele animale pot avea cel mult vacuole mici și temporare.

Paralela mitocondrie–cloroplast e o grilă clasică: ambele au membrană dublă și ADN propriu, dar mitocondria DESCOMPUNE substanțe organice eliberând energie, cloroplastul le SINTETIZEAZĂ folosind energia luminii.

Nucleul

Nucleul este centrul de comandă al celulei eucariote: adăpostește aproape toată informația genetică și coordonează sinteza proteinelor și diviziunea.

Componente:

• Anvelopa nucleară – membrană dublă, străbătută de pori nucleari prin care circulă moleculele între nucleu și citoplasmă (ARN-ul mesager iese, proteinele nucleare intră); membrana externă se continuă cu reticulul endoplasmatic;
• Carioplasma (nucleoplasma) – mediul intern al nucleului;
• Cromatina – complexul de ADN + proteine (histone); în timpul diviziunii cromatina se condensează în cromozomi. Cromatina și cromozomii sunt deci aceeași substanță în stări diferite de spiralizare — nu structuri diferite; cine le tratează ca lucruri separate pierde puncte;
• Nucleolul – corpuscul dens, fără membrană proprie, unde se produc ribozomii (se sintetizează ARN ribozomal).

Numărul de nuclei variază: majoritatea celulelor au un nucleu; fibra musculară striată are sute de nuclei; hematia adultă a mamiferelor este anucleată — și-a pierdut nucleul ca să care mai multă hemoglobină, cu prețul incapacității de a se divide și al unei vieți scurte (~120 de zile). Aceste excepții sunt materie sigură de test.

Poziția nucleului: centrală în celula animală tânără; împinsă spre periferie în celula vegetală matură, din cauza vacuolei centrale.

Comparație celulă animală – celulă vegetală

Comparația celor două tipuri de celule eucariote e printre cele mai frecvente cerințe de examen. Structuri comune: membrană, citoplasmă cu organite comune (ribozomi, RE, Golgi, mitocondrii, lizozomi), nucleu.

Diferențele, organizate pe trei întrebări simple:

Ce are celula vegetală și lipsește la animală?

• perete celular celulozic;
• plastide (cloroplaste, cromoplaste, leucoplaste);
• vacuolă mare, centrală, permanentă, cu tonoplast.

Ce are celula animală și lipsește la vegetală?

• centrozom (cu centrioli) — la plantele superioare lipsește, deși fusul de diviziune tot se formează;
• lizozomi bine individualizați (la plante rolul digestiv e preluat în mare parte de vacuolă).

Ce diferă cantitativ sau ca formă?

• forma: celula vegetală are contur regulat, poligonal (impus de perete); cea animală are forme variate, adesea neregulate;
• substanța de rezervă: amidon la plante, glicogen la animale;
• poziția nucleului: periferică la celula vegetală matură, de regulă centrală la cea animală.

Logica din spatele diferențelor, bună de povestit la subiectul de tip eseu: planta e autotrofă și fixată — are nevoie de cloroplaste pentru fotosinteză și de perete + vacuolă pentru susținere hidrostatică; animalul e heterotrof și mobil — renunță la perete pentru flexibilitate și își ia energia din hrană, prin mitocondrii (prezente însă și la plante).

Test — 6 întrebări ca la examen