CELULA

Celula este unitatea fundamentala morfofunctionala si genetica a organismelor vii. Ea este capabila de metabolism, excitabilitate, crestere, diferentiere, autoreproducere si autoreglare.

Toate celulele organismului provin din celula-ou (zigot). In urma diferentierii, care se desfasoara pe parcursul dezvoltarii ontogenetice*, forma celulelor se diversifica in concordanta cu functiile indeplinite.

Forma celulelor. Celulele pot avea forma sferica, ovoidala, discoidala, turtita, cubica, cilindrica, fusiforma, stelata, amiboidala etc.

Dimensiunea celulelor. Majoritatea celulelor organismului au dimensiuni intre 20—30μ*. Exista si exceptii: celule de 2—7μ (hematiile), de 200 μ (ovulul) sau lungi de 1,5 m (unii neuroni cu prelungirile lor).

1.1. STRUCTURA CELULEI

Componentele fundamentale ale celulei sunt citoplasma, nucleul si membrana celulara (. 1.1.).

1. Citoplasma este mediul in care se desfisoara principalele procese metabolice celulare. Citoplasma este timentata in hialoplasma* si organite celulare intracitoplasmatice.

a)Hialoplasma. Constituie mediul intern al celulei in care se desfasoara principalele procese metabolice celulare. Ea se prezinta ca un sistem coloidal * eterogen in care faza de dispersie este apa cu substante dizolvate, iar faza dispersata o constituie macromoleculele proteice fibrilare.

b)Organitele celulare.

Mitocondriile contin enzimele oxido-reducatoare necesare respiratiei celulare. Respiratia produce energia necesaraorganismelor, inmagazinata in ATP*. Mitocondriile au material genetic propriu —ADN mitocondrial — care contine informatia genetica pentru sinteza enzimelor respiratorii.

Reticulul endoplasmatic — RE — este o retea de tubuli si cule. Poate fi neted sau rugos (cand are atasati ribozomi). In neuroni, RE rugos dens formeaza corpusculii Nissl (corpii tigroizi).

Ribozomii (granulele lui Palade) sunt constituiti din ARN. Ei se gasesc liberi in citoplasma sau atasati RE. Ribozomii sunt sediul biosintezei proteinelor specifice.

Aparatul Golgi este situat in apropierea nucleului si areffunctiiiegate de oroceseie de secretie celulara, de transport al secretiiloTsi in producerea de membrane. Este maidezvoltat in celulele secretoare.

Lizozomii, organite de forma sferica sau ovoidala, contin enzime hidrolitice* cu rol in digestia intracelu-lara (fagocitoza*). Lizozomii sunt mai numerosi in celulele secretoare si in leucocite.

Centrozomul (centrul celular) formeaza fusul de diviziune. Nu se gaseste in celula nervoasa.

Neurofibrilele si miofibrilele sunt organite specifice  celulei nervoase si respectiv fibrei musculare.

Incluziunile celulare sunt reprezentate de substante aflate temporar in citoplasma: picaturi lipidice, glico-gen, granule de melanina*, vitamine etc.

2. Nucleul  este component celular fundamental, invelit intr-o membrana dubla, derivata din RE si prevazuta cu pori, prin care se desfasoara schimburile dintre nucleu si citoplasma. In carioplasma se evidentiaza cromatina, constituita din ADN, ARN si proteine. In ADN este stocata informatia genetica. Aceasta poate fi transmisa celulelor rezultate prin diviziune sau poate fi utilizatain coordonarea activitatii celulare, prin tipurile de proteine (enzime) sintetizate intracelular, specific.

De regula, celula are un singur nucleu. Exista si celule anucleate (hematiile adulte), binucleate (hepa-tocitele*) si polinucleate (fibra musculara striata si osteoclastele*). Nucleul contine unul sau mai multi nucleoli bogati in ARN.

3. Membrana celulara, plasmalema, are structura trilaminata (. 1.2.), simetrica sau asimetrica. Grosimea medie a membranei celulare si a sistemului de endomembrane (unitatea de membrana) este 75 Å*. La unele celule din plasmalema se diferentiaza microvili* sau cili*.

Membrana celulara are permeabilitate selectiva, asigura schimburile dintre celule si mediul extern, este polarizata electric si este excitabila.

1.2. INSUSIRI ALE MEMBRANEI CELULARE

Pe langa functiile organitelor celulare studiate anterior, celula — prin functiile specifice ale membranei —asiguradesfasurarea unor procese de importanta vitala: schimbul de substante cu mediul si transportul acestora,  excitabilitatea, generarea si conducerea influxului nervos.

Permeabilitatea selectiva asigura homeostazia* celulara prin limitarea sau favorizarea tranzitului unor

substante prin membrana, in functie de necesitatile celulei, transportul membranar se realizeaza prin procese fizice de difuziune (fara consum de energie), transport activ* (cu consum de energie furnizata de ATP) si prin  vezicule  de fagocitoza si pinocitoza*.

      Polarizarea electrica a membranei (potentialul de membrana). De o parte si de alta a membranei se gasesc cationi difuzibili (Na+, K+), anioni difuzibili (Cl-) si nedifuzibili (organici).

Anionii organici, macromoleculele ofoteice, se afla in citoplasma. In repaus, anionii de Cl- predomina la exterior, respinsi de cei proteici (tab.l). Repartitia predominant la exterior a cationilor de Na+ si predominant la interior a celor de K+ se datoreazapompei ionice (. 1.3. A). Acest sistem de transport activ expulzeaza permanent si rapid Na+ din celula si introduce lent K+. Na+acumulat la exterior incarca pozitiv suprafata externa a membranei. Partea interna ramane incarcata negativ

datorita anionilor proteici, care predomina, chiar daca exista si ioni de K+. Potentialul de membrana se datoreaza semipermeabilitatii* acesteia si transportului activ al ionilor. Efectul acestor procese este repartitia inegala a ionilor pe cele doua fete ale membranei. Potentialul de membrana poate fi: potential de repaus sau potential de actiune.

Tab. 1. Raportul ionilor dispusi de o parte si de alta a membranei celulei musculare in repaus.

INTERIOR

(CITOPLASMA)

 EXTERIOR (LICHID INTERSTITIAL)

Na+   12 145 K+ 145     4 Cl-    4 120Anioni organici 155     7

. 1.3. A. Rolul pompei ionice in polarizarea membranei celulare; B. Potentialul de repaus.

Potentialul de repaus. Starea membranei caracterizata prin dispunerea sarcinilor pozitive la exterior si a celor negative la interior constituie potentialul de repaus (. 1.3. B).

Tab. 2. Comparatie intre potentialele de membrana ale diferitelor tipuri de celule.

    CELULA  POTENTIAL DE REPAUS POTENTIAL DE ACTIUNE

Fibramusculara striata

scheletica

-70—90 mV 30—40 mV

 Fibra miocardica

ventriculara

-90 mV 30 mV

Fibra musculara neteda -50—60 mV 35 mV

Neuronul -90—100 mV 30—40 mV

. 1.4. Potentialul de actiune si conducerea excitatiei: A. potential de repaus; B, C, D. conducere din aproape in aproape.

Pentru contributiile sale la studiul structurii si ultrastructurii celulei in general, al ultrastructurii

ribozomilor si al rolului acestora in biosinteza proteica in special, savantul american de origine romana George Emil Palade a fost distins cu premiul Nobel pentru medicina si fiziologie in anul 1974.

Potentialul de actiune. Orice variatie energetica din mediul inconjurator ( electrica, termica, chi-mica etc.) poate constitui un stimul sau un excitant. Actiunea stimulilor externi asupra membranei celulare determina modificari fizico - chimice, care genereaza excitatia.

Excitabilitatea este proprietatea  fundamentala a unor celule vi (celule nervoase,  musculare, glandulare etc.) de a reactiora specific la actiunea unor stimuli si se manifesta prin depolarizarea membranei (tab. 2.).

Depolarizarea, adica inversarea starii de polarizare electrica se datoreste cresterii permeabilitatii membranei pentru Na+ la locul actiuni stimulului. Patrunderea Na+ modifica dispunerea sarcinilor electrice si genereaza potentialul de actiune ( 1.4. A, B). Inversarea sarcinilor electrice dureaza un timp extrem de scurt, deoarece permeabilitatea membranei pentru Na+ scade rapid, pompa ionica reintra in functiune si se restabileste potentialul de repaus. Fenomenul poarta numele ce repolarizare.

Daca intensitatea stimului atinge o valoare prag sau o depaseste, excitatia se proa pe toata supra-fata membranei sub forma unei unde de depolarizare. Proarea undei de-a lungul membranei constituie conductibilitatea celulara. Sarcinile electrice negative se comporta ca un catod si atrag sarcinile pozitive, creand curenti locali care determina deplasarea undei de depolarizaredin aproape in aproape  ( .1.4. B, C, D).

In cazul fibrelor nervoase mielinice, teaca de mielina se comporta ca un izolator, care determina polarizarea si depolarizarea numai la nivelul strangulatiilor Ranvier*, unde aceasta este intrerupta. Acest tip de deplasare a undei de depolarizare se numesteconducere saltatorie.

Intensitatea minima a unui excitant necesara pentru a produce un raspuns poarta numele de prag. Daca experimental se utilizeaza ca excitant curentul electric, valoarea prag se numeste reobaza. Excitantii sub valoarea prag nu produc raspunsuri prin depolarizare. Pentru orice stimul care are sau depaseste valoarea prag, depolarizarea si conducerea excitatiei se desfasoara cu aceeasi intensitate. Acest mod unic de aparitie si conducere a excitatiei constituie legea „tot sau nimic'.

Stimularea repetata cu excitanti subliminali poate produce totusi excitatie, datorita procesului de sumatie (insumare a modificarilor repetate de depolarizare).

Excitabilitatea depinde si de timpul necesar unui stimul pentru a produce un raspuns (timp util), dar si de bruschetea cu care stimulul actioneaza asupra membranei. La cresterea lenta a intensitatii stimulului, membrana se adapteaza si celula nu mai raspunde printr-o noua depolarizare.