Celula – unitate structurală și funcțională a lumii vii

Studiul organizării celulare la nivelul celulei procariote și eucariote, cu structurile și funcțiile organitelor.

Celula procariotă și celula eucariotă

Celula este unitatea structurală și funcțională a tuturor organismelor vii — orice viețuitoare este alcătuită din una sau mai multe celule, iar toate procesele vieții se desfășoară la nivel celular.

După organizarea materialului genetic, celulele sunt de două tipuri, iar deosebirea dintre ele e o întrebare sigură la examen:

• Celula procariotă (bacterii și alge albastre-verzi) — NU are nucleu individualizat: materialul genetic este o moleculă circulară de ADN, liberă în citoplasmă, numită nucleoid. Nu are organite delimitate de membrane (fără mitocondrii, fără reticul endoplasmatic), dar are ribozomi și un perete celular. Dimensiuni mici (1–10 µm).
• Celula eucariotă (protiste, fungi, plante, animale) — are nucleu adevărat, delimitat de o membrană dublă, și organite celulare specializate. Dimensiuni mai mari (10–100 µm).

Confuzia clasică: procariotele au material genetic — doar că nu e închis într-un nucleu. Să spui că bacteria „nu are ADN” este o greșeală gravă de punctaj. La fel, ribozomii există în AMBELE tipuri de celule, pentru că sinteza proteinelor e vitală oricărei celule.

Membrana celulară – structură și funcții

Membrana celulară (plasmalema) delimitează celula și controlează schimburile cu mediul.

Structura acceptată azi este modelul mozaicului fluid: un dublu strat fosfolipidic în care plutesc proteine (unele traversează membrana — proteine integrale/transmembranare, altele sunt doar atașate — periferice), plus colesterol și glucide atașate pe fața externă.

Fosfolipidele sunt molecule amfifile: au un cap hidrofil (iubitor de apă), orientat spre exteriorul și interiorul apos, și două cozi hidrofobe, orientate față în față, spre mijlocul membranei.

Funcția esențială: permeabilitatea selectivă — membrana lasă să treacă doar anumite substanțe. Transportul poate fi:

• pasiv, FĂRĂ consum de energie, în sensul gradientului de concentrație: difuziunea (gaze, molecule mici), osmoza (difuziunea APEI printr-o membrană selectiv permeabilă) și difuziunea facilitată (prin proteine transportoare);
• activ, CU consum de ATP, împotriva gradientului de concentrație (exemplu clasic: pompa de sodiu-potasiu).

Capcană frecventă: osmoza se referă strict la apă, nu la substanțele dizolvate.

Citoplasma și organitele celulare

Citoplasma cuprinde citosolul (masa fundamentală, semifluidă) și organitele celulare — compartimente specializate pentru câte o funcție. La examen se cere corelarea organit → funcție:

• Mitocondriile — respirația celulară: degradează substanțele organice cu consum de oxigen și produc ATP; au membrană dublă, cea internă cutată în criste; conțin ADN propriu.
• Ribozomii — sinteza proteinelor; liberi în citosol sau atașați reticulului endoplasmatic.
• Reticulul endoplasmatic (RE) — rețea de canale; RE rugos (cu ribozomi) sintetizează proteine, RE neted sintetizează lipide.
• Aparatul Golgi — modifică, sortează și „împachetează” produșii de secreție.
• Lizozomii — conțin enzime de digestie intracelulară.
• Centrozomul — formează fusul de diviziune; caracteristic celulei animale.
• Cloroplastele — fotosinteza; conțin clorofilă și ADN propriu; DOAR în celulele vegetale verzi.
• Vacuolele — depozitează apă și substanțe; mari și permanente la plante, mici și temporare la animale.

Celula vegetală are în plus perete celular din celuloză, cloroplaste și vacuolă mare centrală; celula animală are centrozom și lizozomi bine reprezentați.

Nucleul celular

Nucleul este centrul de comandă al celulei eucariote: coordonează toate activitățile celulare și păstrează și transmite informația genetică.

Componentele nucleului:

• Membrana nucleară (anvelopa nucleară) — dublă, străbătută de pori nucleari prin care nucleul comunică cu citoplasma;
• Carioplasma (nucleoplasma) — mediul intern al nucleului;
• Unul sau mai mulți nucleoli — corpusculi fără membrană proprie, cu rol în formarea ribozomilor;
• Cromatina — complexul de ADN și proteine (histone); în timpul diviziunii cromatina se condensează și devine vizibilă sub formă de cromozomi.

De reținut: cromatina și cromozomii sunt aceeași substanță în stări diferite de condensare — nu structuri diferite. Aceasta e o confuzie care costă puncte.

Numărul de cromozomi este constant pentru fiecare specie: celulele somatice ale omului au 2n = 46 de cromozomi (set diploid), iar gametele au n = 23 (set haploid). Majoritatea celulelor au un singur nucleu, dar există excepții: hematiile adulte ale mamiferelor NU au nucleu, iar fibra musculară striată are mai mulți nuclei.

Ciclul celular și mitoza

Ciclul celular este succesiunea de etape dintre formarea unei celule și propria ei diviziune. Cuprinde interfaza și diviziunea propriu-zisă.

Interfaza este perioada cea mai lungă; în ea celula crește și, esențial, își replică ADN-ul — fiecare cromozom ajunge să fie format din două cromatide surori identice. Greșeala tipică: interfaza NU este o perioadă de repaus, ci de intensă activitate metabolică.

Mitoza este diviziunea celulelor somatice: dintr-o celulă-mamă diploidă (2n) rezultă două celule-fiice identice, tot diploide (2n). Fazele, în ordine:

• Profaza — cromatina se condensează în cromozomi bicromatidici; membrana nucleară și nucleolii se dezorganizează; se formează fusul de diviziune;
• Metafaza — cromozomii se aliniază la ecuatorul celulei (placa metafazică);
• Anafaza — cromatidele surori se separă și migrează spre polii opuși;
• Telofaza — se reface membrana nucleară, cromozomii se decondensează, urmează împărțirea citoplasmei (citochineza).

Rolul mitozei: creșterea organismelor, înlocuirea celulelor uzate, regenerarea și vindecarea rănilor.

Meioza și semnificația ei

Meioza este diviziunea prin care se formează gameții (la animale) și sporii (la plante). Dintr-o celulă-mamă diploidă (2n) rezultă patru celule haploide (n), prin două diviziuni succesive precedate de o SINGURĂ replicare a ADN-ului.

• Meioza I (etapa reducțională) — aici se înjumătățește numărul de cromozomi: cromozomii omologi se împerechează, pot face crossing-over (schimb de fragmente între cromatide, sursă de variabilitate genetică), apoi omologii se separă și migrează la poli. Rezultă două celule haploide, cu cromozomi încă bicromatidici.
• Meioza II (etapa ecvațională) — se desfășoară ca o mitoză: se separă cromatidele surori. Rezultă în total patru celule haploide.

Comparația mitoză–meioză este subiect clasic de BAC: mitoza → 2 celule identice, 2n, în celulele somatice; meioza → 4 celule diferite genetic, n, în organele reproducătoare.

Semnificația meiozei: menține constant numărul de cromozomi al speciei de-a lungul generațiilor (la fecundație n + n = 2n) și generează variabilitate genetică prin crossing-over și prin repartizarea aleatorie a cromozomilor omologi.

Test — 6 întrebări ca la examen