Celula – unitate structurală și funcțională

Aprofundează structura celulei procariote și eucariote și funcțiile organitelor celulare.

Celula procariotă și celula eucariotă

Toate organismele sunt alcătuite din celule — unitatea structurală, funcțională și genetică a lumii vii. Există două mari tipuri de organizare:

Celula procariotă (bacterii, alge albastre-verzi/cianobacterii):

• fără nucleu adevărat — materialul genetic este o moleculă circulară de ADN, liberă în citoplasmă, într-o zonă numită nucleoid;
• fără organite delimitate de membrane (fără mitocondrii, reticul, aparat Golgi);
• are totuși ribozomi (mai mici decât cei eucariotici), perete celular și, uneori, plasmide, flageli, capsulă;
• dimensiuni mici (1–10 micrometri).

Celula eucariotă (protiste, fungi, plante, animale) are nucleu delimitat de înveliș nuclear și compartimente membranare specializate.

Diferențele dintre celula vegetală și cea animală — grilă sigură: celula vegetală are în plus perete celular din celuloză, cloroplaste și o vacuolă mare centrală; celulei animale îi aparțin în schimb centriolii (majoritatea celulelor vegetale superioare nu îi au) și lizozomii tipici.

Capcana clasică: procariotele au ribozomi — lipsa organitelor se referă doar la cele delimitate de membrane; ribozomul nu are membrană, deci nu face excepție de la regulă, ci o confirmă.

Membrana celulară – structură și transport

Membrana celulară (plasmalema) este descrisă de modelul mozaicului fluid (Singer și Nicolson, 1972): un bistrat fosfolipidic în care plutesc proteine (integrale și periferice), colesterol (reglează fluiditatea) și glucide atașate pe fața externă (glicocalix — recunoaștere celulară).

Membrana este selectiv permeabilă. Tipurile de transport, în ordinea cerută la examen:

Transport pasiv — fără consum de ATP, în sensul gradientului de concentrație:

• difuziune simplă — molecule mici, nepolare (O2, CO2) trec direct prin bistrat;
• difuziune facilitată — molecule polare (glucoza) trec prin proteine transportoare sau canale, tot fără energie;
• osmoza — difuziunea apei prin membrană semipermeabilă, dinspre soluția diluată spre cea concentrată.

Transport activ — cu consum de ATP, împotriva gradientului: exemplul canonic e pompa de sodiu-potasiu (scoate 3 Na+ și introduce 2 K+), esențială pentru potențialul membranar al neuronilor.

Transport în masă: endocitoza (fagocitoză — particule solide; pinocitoză — picături de lichid) și exocitoza (eliminarea produșilor de secreție).

Capcana de punctaj: difuziunea facilitată folosește proteine, dar nu consumă ATP — criteriul care desparte pasivul de activ este energia, nu prezența proteinei transportoare. La osmoză: hematia în soluție hipotonă se umflă și se sparge (hemoliză), în soluție hipertonă se ratatinează.

Nucleul și materialul genetic

Nucleul este centrul de comandă al celulei eucariote — conține informația genetică și coordonează sinteza proteinelor. De regulă unic; există și excepții cerute la grile: hematiile adulte ale mamiferelor sunt anucleate, iar fibra musculară striată este polinucleată.

Componente:

• Învelișul nuclear — dublă membrană străbătută de pori nucleari, prin care circulă ARNm spre citoplasmă; membrana externă se continuă cu reticulul endoplasmatic;
• Carioplasma (nucleoplasma) — mediul intern;
• Nucleolul — corpuscul dens, fără membrană proprie, unde se sintetizează ARN-ul ribozomal și se asamblează subunitățile ribozomilor;
• Cromatina — complexul de ADN și proteine histonice.

Relația cromatină–cromozom e o confuzie clasică: sunt aceeași substanță în stări diferite de condensare. În interfază, materialul genetic e desfăcut (cromatină) ca să poată fi transcris și replicat; în diviziune se condensează maxim în cromozomi vizibili la microscop, pentru a fi distribuit precis celulelor-fiice.

La om: 46 de cromozomi (23 de perechi) în celulele somatice — starea diploidă (2n); 23 de cromozomi în gameți — starea haploidă (n). Un cromozom aflat în diviziune e format din două cromatide surori unite la nivelul centromerului.

Organitele celulare și funcțiile lor

Fiecare organit are o funcție precisă — grilele cer perechea organit–funcție:

• Ribozomii (fără membrană) — sinteza proteinelor; liberi în citosol (proteine pentru uz intern) sau atașați reticulului (proteine de export).
• Reticulul endoplasmatic rugos (RER) — cu ribozomi atașați; sinteza și maturarea proteinelor de secreție. REN (neted) — sinteza lipidelor, detoxifiere, depozit de calciu în fibra musculară.
• Aparatul Golgi — primește vezicule de la reticul; modifică, sortează și împachetează produșii, îi trimite spre membrană sau formează lizozomi. E „vama și poșta” celulei.
• Lizozomii — saci cu enzime hidrolitice; digestia intracelulară a materialului fagocitat și a organitelor uzate (autofagie).
• Mitocondriile — respirația celulară aerobă și producția de ATP; dublă membrană, cea internă pliată în criste; au ADN propriu și ribozomi proprii — semiautonome.
• Cloroplastele (doar la plante și alge) — fotosinteza; conțin clorofilă în tilacoide, plus ADN propriu.
• Centriolii — organizează fusul de diviziune.
• Citoscheletul — formă, mișcare, transport intern.

ADN-ul propriu al mitocondriilor și cloroplastelor susține teoria endosimbiotică: ele provin din procariote înglobate de o celulă-gazdă. Capcană: sediul fotosintezei e cloroplastul, dar plantele au și mitocondrii — respiră permanent, inclusiv noaptea.

Diviziunea celulară – mitoza și meioza

Mitoza produce din o celulă-mamă două celule-fiice identice genetic, cu același număr de cromozomi (2n → 2n). Rol: creștere, regenerare, înlocuirea celulelor. Fazele:

• Profaza — cromatina se condensează în cromozomi bicromatidici; învelișul nuclear se dezorganizează; se formează fusul de diviziune;
• Metafaza — cromozomii se aliniază în placa ecuatorială;
• Anafaza — cromatidele surori se despart și migrează spre poli opuși;
• Telofaza — se reface învelișul nuclear; urmează citochineza (la celula vegetală prin perete despărțitor, nu prin strangulare).

Meioza produce patru celule haploide (2n → n), toate diferite genetic; are loc doar în organele reproducătoare, la formarea gameților. Cuprinde două diviziuni succesive cu o singură replicare a ADN-ului:

• Meioza I (reducțională) — cromozomii omologi se împerechează (bivalenți) și fac crossing-over (schimb de segmente între cromatide nesurori — sursă majoră de variabilitate); în anafaza I se despart cromozomii omologi întregi;
• Meioza II (ecvațională) — asemănătoare mitozei: se despart cromatidele surori.

Deosebirea care decide punctajul: în anafaza mitozei și în anafaza II se separă cromatide; în anafaza I se separă cromozomi omologi. A doua sursă de variabilitate: asortarea independentă a omologilor în metafaza I.

Ciclul celular și reglarea sa

Ciclul celular este succesiunea de evenimente dintre formarea unei celule și propria ei diviziune. Are două mari etape:

Interfaza — cea mai lungă perioadă (~90% din ciclu), NU o „pauză”, ci perioada de activitate metabolică intensă:

• G1 — creștere, sinteză de proteine și organite;
• S (sinteză) — replicarea ADN-ului: fiecare cromozom devine bicromatidic; cantitatea de ADN se dublează;
• G2 — pregătirea diviziunii, sinteza proteinelor fusului.

Faza M — mitoza propriu-zisă plus citochineza.

Celulele care nu se mai divid (neuronii, fibra musculară striată la adult) ies din ciclu în starea G0. Aceasta explică de ce leziunile nervoase se repară atât de greu — grilă frecventă.

Reglarea se face în puncte de control (checkpoints): la finalul lui G1 (celula verifică dimensiunea și integritatea ADN-ului), în G2 (verifică replicarea completă) și în metafază (verifică prinderea tuturor cromozomilor de fus). Dacă ADN-ul e deteriorat, ciclul se oprește pentru reparare sau celula intră în apoptoză — moartea celulară programată.

Pierderea controlului asupra ciclului celular duce la diviziuni necontrolate — mecanismul fundamental al cancerului. Capcana de examen: replicarea ADN-ului are loc în interfază (faza S), nu în profaza mitozei — în mitoză ADN-ul doar se condensează și se distribuie.

Test — 6 întrebări ca la examen

Grile de admitere UMF — 5