Celula – unitate structurală și funcțională a vieții
Studiul structurii și funcțiilor celulei procariote și eucariote, cu accent pe organitele celulare și diviziunea celulară.
BacalaureatAdmitere la Medicină
Celula procariotă și celula eucariotă
Celula este unitatea structurală și funcțională a lumii vii. Toate celulele au trei componente obligatorii: membrană, citoplasmă și material genetic — dar organizarea lor desparte viul în două mari tipuri:
- Celula procariotă (bacterii, arhee): fără nucleu individualizat — materialul genetic (un cromozom circular) stă liber în citoplasmă, într-o zonă numită nucleoid; fără organite delimitate de membrane; are ribozomi mici (70S) și perete celular. Dimensiuni: 1–10 μm.
- Celula eucariotă (protiste, fungi, plante, animale): nucleu adevărat, delimitat de înveliș nuclear dublu; organite cu membrane (mitocondrii, reticul, aparat Golgi); ribozomi mari (80S). Dimensiuni: 10–100 μm.
Diferența dintre celula vegetală și cea animală — întrebare frecventă: celula vegetală are în plus perete celular din celuloză, cloroplaste și vacuolă mare centrală; celula animală are centrioli (implicați în diviziune) și lizozomi bine reprezentați.
Membrana celulară — structură și funcții
Modelul acceptat este mozaicul fluid (Singer–Nicolson, 1972): un bistrat fosfolipidic în care plutesc proteine (integrale/transmembranare și periferice), plus colesterol (reglează fluiditatea) și glucide atașate pe fața externă (glicocalix — recunoaștere celulară).
Fosfolipidele sunt amfipatice: cap hidrofil spre exterior și interior, cozi hidrofobe față în față, în interiorul bistratului.
Transportul prin membrană — clasificarea care se cere la examen:
- Transport pasiv (fără consum de ATP, în sensul gradientului): difuziune simplă (O₂, CO₂, substanțe liposolubile), difuziune facilitată (prin proteine-canal sau transportori — glucoza), osmoza (difuziunea apei prin membrana semipermeabilă).
- Transport activ (cu consum de ATP, împotriva gradientului): pompa Na⁺/K⁺ — scoate 3 Na⁺ și bagă 2 K⁺ la fiecare ciclu; esențială pentru potențialul de membrană.
- Transport vezicular: endocitoză (fagocitoză — particule solide; pinocitoză — picături de lichid) și exocitoză (eliminarea produșilor de secreție).
Într-o soluție hipotonă celula animală se umflă (poate face hemoliză, la eritrocite); într-una hipertonă se ratatinează.
Organitele celulare și rolurile lor
Fiecare organit are o funcție-semnătură — grilele le încurcă intenționat:
- Mitocondria – „centrala energetică”: respirația celulară aerobă și sinteza ATP; are membrană dublă (cea internă pliată în criste) și ADN propriu — argument pentru teoria endosimbiotică.
- Reticulul endoplasmatic rugos (RER) – are ribozomi atașați; sinteza proteinelor destinate exportului sau membranelor.
- Reticulul endoplasmatic neted (REN) – sinteza lipidelor, detoxifiere; depozit de Ca²⁺ în fibra musculară (reticul sarcoplasmic).
- Ribozomii – sinteza proteinelor (traducerea); liberi în citoplasmă sau pe RER; nu au membrană.
- Aparatul Golgi – modifică, sortează și ambalează proteinele; formează vezicule de secreție și lizozomi.
- Lizozomii – conțin enzime hidrolitice; digestia intracelulară („stomacul celulei”).
- Centriolii (în centrozom) – organizează fusul de diviziune; caracteristici celulei animale.
- Nucleolul – în interiorul nucleului; sinteza ARN ribozomal și asamblarea subunităților ribozomale.
Organite fără membrană: ribozomii și centriolii. Organite cu membrană dublă: nucleul, mitocondria (și cloroplastul la plante).
Nucleul — structură și rol
Nucleul este centrul de comandă al celulei: păstrează informația genetică și coordonează sinteza proteinelor.
Componente:
- Învelișul nuclear – dublă membrană străbătută de pori nucleari, prin care circulă ARN-ul și proteinele; membrana externă se continuă cu RER.
- Nucleoplasma – mediul intern al nucleului.
- Cromatina – complexul ADN + proteine histonice; forma de lucru a materialului genetic în interfază. Eucromatina = laxă, activă transcripțional; heterocromatina = condensată, inactivă.
- Cromozomii – forma maxim condensată a cromatinei, vizibilă doar în diviziune. Omul are 46 de cromozomi (23 de perechi) în celulele somatice — 2n = 46; gameții au n = 23.
- Nucleolul – fabrica de ribozomi.
Relația de reținut: ADN → (transcripție, în nucleu) → ARNm → (traducere, pe ribozomi) → proteine. Nucleul nu „face” proteine — trimite instrucțiunile.
Ciclul celular și diviziunea: mitoza
Ciclul celular = viața unei celule între două diviziuni: interfaza (G₁ → S → G₂) + diviziunea (M).
- G₁ – creștere, sinteze intense;
- S – replicarea ADN-ului (fiecare cromozom ajunge la 2 cromatide-surori);
- G₂ – pregătirea diviziunii;
- M – mitoza propriu-zisă + citochineza.
Mitoza — patru faze, cu evenimentele-cheie:
1. Profaza – cromatina se condensează în cromozomi bicromatidici; dispare învelișul nuclear și nucleolul; se formează fusul de diviziune. 2. Metafaza – cromozomii se aliniază în placa ecuatorială; faza ideală pentru studiul cariotipului. 3. Anafaza – cromatidele-surori se separă și migrează spre poli opuși. 4. Telofaza – se refac nucleii; urmează citochineza (strangulare în celula animală, perete despărțitor la vegetale).
Rezultat: două celule-fiice identice genetic cu celula-mamă, ambele 2n. Rol: creștere, regenerare, înlocuirea celulelor uzate.
Meioza și semnificația ei
Meioza produce gameții și înjumătățește numărul de cromozomi: dintr-o celulă 2n rezultă patru celule n, toate diferite genetic.
Două diviziuni succesive, cu O SINGURĂ replicare a ADN-ului (în interfaza premergătoare):
- Meioza I (reducțională) – perechile de cromozomi omologi se aliniază (sinapsă, formând bivalenți/tetrade) și are loc crossing-over-ul: schimb de fragmente între cromatide nesurori — prima sursă de variabilitate. În anafaza I se separă cromozomii omologi (nu cromatidele!). Rezultă două celule n, cu cromozomi bicromatidici.
- Meioza II (ecvațională) – seamănă cu o mitoză: se separă cromatidele-surori. Rezultă în total patru celule n.
A doua sursă de variabilitate: asortarea independentă a cromozomilor omologi în metafaza I.
Comparația mitoză–meioză e grilă sigură: mitoza → 2 celule identice 2n (celule somatice); meioza → 4 celule diferite n (gameți). Erorile de separare în meioză produc aneuploidii (ex. trisomia 21 — sindromul Down).
De reținut
- celulă procariotă
- celulă fără nucleu individualizat și fără organite delimitate de membrane; materialul genetic stă liber în nucleoid (bacterii)
- mozaic fluid
- modelul structurii membranei: bistrat fosfolipidic fluid în care plutesc proteine, colesterol și glucide de suprafață
- osmoză
- difuziunea apei printr-o membrană semipermeabilă, dinspre soluția mai diluată spre cea mai concentrată
- pompa Na⁺/K⁺
- transport activ care scoate 3 ioni de sodiu și introduce 2 ioni de potasiu per ciclu, cu consum de ATP
- mitocondrie
- organit cu membrană dublă și ADN propriu, sediul respirației celulare aerobe și al sintezei de ATP
- lizozom
- veziculă cu enzime hidrolitice, responsabilă de digestia intracelulară
- cromatină
- complexul de ADN și proteine histonice din nucleul aflat în interfază; prin condensare formează cromozomii
- faza S
- etapa interfazei în care se replică ADN-ul, fiecare cromozom devenind bicromatidic
- crossing-over
- schimbul de fragmente între cromatidele nesurori ale cromozomilor omologi, în profaza meiozei I — sursă majoră de variabilitate
- meioză
- diviziune în două etape prin care dintr-o celulă diploidă (2n) rezultă patru celule haploide (n), diferite genetic — gameții
Greșeli frecvente
Greșit: În anafaza mitozei s-ar separa cromozomii omologi
Corect: În mitoză se separă cromatidele-surori; cromozomii omologi se separă doar în anafaza meiozei I
Greșit: Ribozomii sunt descriși ca organite cu membrană
Corect: Ribozomii NU au membrană — sunt complexe de ARN și proteine; la fel centriolii
Greșit: Osmoza ar fi transport activ pentru că apa «se mișcă»
Corect: Osmoza e transport pasiv: apa difuzează în sensul gradientului, fără consum de ATP
Greșit: Replicarea ADN-ului ar avea loc în profază
Corect: Replicarea are loc în faza S a interfazei, ÎNAINTE de diviziune; în profază cromozomii doar se condensează
Greșit: Meioza ar produce două celule identice
Corect: Meioza produce PATRU celule haploide, diferite genetic; mitoza produce două celule identice diploide
Test — 6 întrebări ca la examen
1. Materialul genetic al celulei procariote se află:
- în nucleu, delimitat de înveliș nuclear
- liber în citoplasmă, în nucleoid
- în mitocondrii
- în nucleol
Vezi răspunsul
liber în citoplasmă, în nucleoid. Procariotele nu au nucleu individualizat — cromozomul circular stă în nucleoid, fără membrană. Prima variantă descrie eucariotele; nucleolul nici măcar nu există la procariote.
2. Cozile hidrofobe ale fosfolipidelor membranare sunt orientate:
- spre exteriorul celulei
- spre citoplasmă
- față în față, în interiorul bistratului
- aleator, în funcție de temperatura mediului
Vezi răspunsul
față în față, în interiorul bistratului. Fosfolipidele sunt amfipatice: capetele hidrofile privesc spre mediile apoase (extern și intern), iar cozile hidrofobe se ascund de apă în miezul bistratului.
3. Sinteza ATP prin respirație celulară aerobă are loc în:
- aparatul Golgi
- reticulul endoplasmatic neted
- mitocondrie
- lizozom
Vezi răspunsul
mitocondrie. Mitocondria e centrala energetică, cu enzimele respirației pe membrana internă pliată în criste. Golgi ambalează proteine — distractor tentant fiindcă e tot un organit «de procesare».
4. Pompa Na⁺/K⁺ transportă, la fiecare ciclu:
- 3 K⁺ în afară și 2 Na⁺ înăuntru
- 3 Na⁺ în afară și 2 K⁺ înăuntru
- 2 Na⁺ în afară și 3 K⁺ înăuntru
- Na⁺ și K⁺ în cantități egale
Vezi răspunsul
3 Na⁺ în afară și 2 K⁺ înăuntru. Raportul 3 Na⁺ afară / 2 K⁺ înăuntru e fix și se cere ca atare. Prima variantă inversează ionii — cea mai frecventă greșeală de memorare.
5. Cromozomii se aliniază în placa ecuatorială în timpul:
- profazei
- metafazei
- anafazei
- telofazei
Vezi răspunsul
metafazei. Metafaza = alinierea la «ecuator» (mnemonic: M de la mijloc). În profază abia se condensează, în anafază deja migrează spre poli.
6. La finalul meiozei, dintr-o celulă-mamă cu 2n = 46 rezultă:
- două celule cu 46 de cromozomi
- patru celule cu 46 de cromozomi
- patru celule cu 23 de cromozomi
- două celule cu 23 de cromozomi
Vezi răspunsul
patru celule cu 23 de cromozomi. Meioza înseamnă două diviziuni cu o singură replicare: patru celule haploide (n = 23), diferite genetic. Prima variantă descrie rezultatul mitozei.
Grile de admitere UMF — 5
1. (complement simplu) Care dintre următoarele organite conține ADN propriu?
- aparatul Golgi
- lizozomul
- mitocondria
- reticulul endoplasmatic rugos
- ribozomul
Vezi răspunsul
mitocondria. Mitocondria are ADN circular propriu și ribozomi de tip procariot — baza teoriei endosimbiotice. Niciun alt organit din listă nu conține material genetic.
2. (complement simplu) Un eritrocit introdus într-o soluție hipotonă:
- se ratatinează prin pierdere de apă
- rămâne neschimbat
- se umflă și poate suferi hemoliză
- elimină activ apa prin pompa Na⁺/K⁺
- își sintetizează perete celular protector
Vezi răspunsul
se umflă și poate suferi hemoliză. În mediul hipoton apa intră prin osmoză în celulă, unde concentrația e mai mare; eritrocitul, fără perete celular, se umflă până la spargere (hemoliză). Ratatinarea apare în mediul hiperton.
3. (complement simplu) Separarea cromozomilor omologi are loc în:
- anafaza mitozei
- anafaza meiozei I
- anafaza meiozei II
- metafaza meiozei I
- telofaza mitozei
Vezi răspunsul
anafaza meiozei I. Doar în anafaza meiozei I se despart perechile de omologi — de aceea meioza I e «reducțională». În mitoză și în meioza II se separă cromatide-surori.
4. (complement multiplu) Despre membrana celulară sunt adevărate:
- are structură de mozaic fluid
- colesterolul îi reglează fluiditatea
- difuziunea facilitată necesită consum de ATP
- glicocalixul participă la recunoașterea intercelulară
- proteinele membranare sunt exclusiv periferice
Vezi răspunsul
are structură de mozaic fluid, colesterolul îi reglează fluiditatea, glicocalixul participă la recunoașterea intercelulară. Mozaicul fluid, rolul colesterolului și glicocalixul sunt corecte. Difuziunea facilitată e transport PASIV (folosește proteine, dar nu ATP), iar proteinele pot fi și integrale/transmembranare, nu doar periferice.
5. (complement multiplu) Sursele de variabilitate genetică din meioză includ:
- crossing-over-ul din profaza I
- replicarea ADN-ului din faza S
- asortarea independentă a omologilor în metafaza I
- citochineza
- separarea cromatidelor în meioza II
Vezi răspunsul
crossing-over-ul din profaza I, asortarea independentă a omologilor în metafaza I. Variabilitatea vine din crossing-over (recombinare intracromozomială) și din distribuția aleatorie a omologilor (recombinare intercromozomială). Replicarea copiază fidel, iar citochineza și separarea cromatidelor nu amestecă material genetic.