Celula

Celula este unitatea de bază, structurală şi funcţională, a tuturor organismelor vii.

Organismul este un sistem deschis care face shimburi de materie, energie şi informaţie cu mediul înconjurător. În cadrul speciei, organismul reprezintă individul.

Caracterele generaleOrganismele au fost clasificate pe baza unor criterii :

o structura celulară ( în afară de viruşi); reproducere; prezenţa acizilor nucleici şi a altor substante organice; procese metabolice; capacitatea de a face faţă condiţiilor externe, astfel încât acesta să-şi poată dobândi

hrana şi orice alt fel de resurse pentru a-i mentine energia necesară continuării vietii.

Structura organismuluiSubsistemele componente ale fiecărui organism sunt reprezentate de sisteme şi aparate alcătuite din organe.

Sisteme de organe

Organe

Organele sunt alcătuite dintr-un ansamblu de ţesuturi diferite iar acestea sunt alcătuite din celule ce au aceeaşi origine, formă, structură si funcţie.

Ţesuturi

Clasificarea organismelorÎn total există peste 1 milion de specii de organisme, fără a lua în consideraţie viruşii. Organismele se clasifică astfel în supraregnul procariote ( cele cărora le lipseşte nucleul celular) şi supraregnul eucariote ( cele care au nucleul celular). Cele eucariote la rândul lor se clasifică în regnurile protista, plantae şi animalia, iar clasificarea decurge aşa mai departe.

Modalitatea de clasificare a organismelor

Pentru clasificarea organismelor, s-a folosit un sistem de clasificare, ce se bazează pe caracterele comune ce există între acele specii, astfel încât clasificarea decurge de la caractere mai generale către cele specifice ( nu au fost folosite asemenea categorii intermediare, precum supra- sau subîncrengătura sau supra - sau subclasa):

Supraregn - după prezenţa nucleului celular; Regn - după caractere generale ale structurii organismului; Încrengătură; Clasă; Ordin; Specie.

DefiniţiiPentru celulă au fost date numeroase definiţii. Astfel chiar aceiaşi autori (Toma C. şi Niţă Mihaela în „Celula vegetală” Editura Universităţii „Al. I. Cuza” Iaşi 1995) dau două definiţii diferite în funcţie punctul de vedere din care este abordată problema. Aceste definiţii sunt:

„Celula este o unitate morfo funcţională elementară a tuturor organismelor procariote şi eucariote. Ea reprezină un prim nivel de organizare a materiei vii, dotat cu capacitatea de autoreglare, autoconservare şi autoreproducere.”

„ Privită prin prisma teoriei sistemice, celula poate fi definită ca un sistem biologic deschis, deosebit de dinamic, aflat în relaţii de echilibru cu mediul înconjurător – în cazul protofitelor şi protozoarelor – sau ca un subsistem când devine parte componentă a unui ţesut, organ sau organism pluricelular.”

Unele organisme sunt alcătuite dintr-o singură celulă (unicelulare, de exemplu, bacteriile), iar altele din mai multe celule (pluricelulare).

Celula a fost descoperită de Robert Hook în 1665 care făcea studii pe tulpini de plută folosind microscopul.

Teoria celulară a fost enunţată pentru prima dată de M.Schleiden şi T.Schwann în 1839.

Clasificarea celulelorCelulele se clasifică în:

Procariote

Structura celulelor procariote

Celulă procariotă tipică

Celulele procariote au o organizare structurală mai simplă, dar un potenţial ecologic şi fiziologic comparabil cu cel al celulelor eucariote.

Celula procariotă este învelită de un perete rigid, lipoproteic, acesta conţine sacul mureinic, inexistent în celulele eucariote. Plasmalema este cel de al doilea înveliş al celulei, de natură lipoproteică. Aceasta are rol în respiraţie, nu se poate invagina pentru a forma vezicule, prin care să incorporeze soluţii nutritive de la exterior sau particule solide. Aceste fenomene sunt denumite pinocitoza şi fagocitoză.

Membrana Citoplasmatică- aceasta este de natură lipoproteică, cu o structură funcţională complexă, constituind un criteriu de deosebire a celulei procariote faţă de celula eucariotă. Datorită grosimii constante şi suprafeţei limitate de peretele celular care o înconjoară, membrana citoplasmatică prezintă ca singură posibilitate de a-şi mări suprafaţa de invaginare şi pliere sub formă de mezozom. Plasmalema nu este permeabilă pentru macromolecule; singurele particule care o pot traversa sunt fragmentele de ADN şi enzimele extracelulare.

O altă componentă a celulei procariote este citoplasma care ocupă aproape tot spaţiul celular. Citoplasma este o mixtură complexă de soluţii perfecte şi coloidale al unor substanţe minerale şi organice, dizolvate în apă. Nu posedă un citoschelet proteic, format din microtubuli şi microfilamente şi nu prezintă curenţi plasmatici. Se caracterizează printr-o stare coloidală de gel permanent, stare care exclude existenţa curenţilor citoplasmatici şi asigură menţinerea structurii nucleului care este lipsit de membrană limitantă.

Celula nu posedă organite înconjurate de membrane; la unele bacterii membrana plasmatică formează mezosomi care au rol în respiraţia celulară şi în ancorarea moleculelor de ADN.

La bacteriile fotosintetizante se observă la microscop mici vezicule înconjurate de membrane, la nivelul lor se găsesc pigmenţi asimilatori, aceste vezicule sunt denumite cromatofori.

În citoplasma cianobacteriilor se găsesc veziculele aplatizate, înconjurate de membrane, numite tilacoide.

În tilacoide se află pigmenţi clorofilieni, iar pe suprafaţa lor sunt plasaţi pigmenţi proteici, ficocianina şi ficoeritrina, care maschează pigmenţi clorofilieni.

În ciuda relativei lor simplităţi, potenţialele metabolice ale celulelor procariote actuale sunt comparabile cu cela ale celulelor eucariote. Mai mult decât atât, metabolistul bacterian este de sute şi mii de ori mai intens decât cel al celulelor eucariote. Această capacitate metabolică este determinată de valoarea înaltă a raportului suprafaţă/volum, ceea ce facilitează schimburile celulei cu mediul ambiant. Remarcabil este şi faptul că natura substanţelor pe care le catabolizează este foarte mare; pot metaboliza şi substanţe toxice precum: cauciuc, asfalt, petrol, detergenţi etc. Unele etape ala ciclului azotului şi sulfului sunt realizate în exclusivitate de celulele procariote (bacteriile fixatoare de azot). O altă carectesistică a metabolismului bacterian este plasticitatea: bacteriile pot trece cu usurinţă de la aeronioză la anaerobioză, de la autotrofie la heterotrofie, ceea ce la conferă o mare capacitate adaptativă.

În citoplasmă se gasesc numeroşi ribozomi, care sunt mai mici decât cei de la eucariote, dar îndeplinesc aceaşi funcţie, de sinteză proteică.

Celulele procariote se divid de câteva ori pe oră în timp ce eucariotele, cu creştere foarte rapidă, se divid doar de două ori pe zi.

Celulele procariote nu au un nucleu adevărat, materialul genetic este constituit dintr-o singură moleculă de ADN, această molecula reprezintă cromozomul sau genomul bacterian, cunoscut sub denumirea de nucleoid.

Multiplicarea celulelor se face prin sciziparitate ( forma primitivă de diviziune directă).

Eucariote

Structura celulelor eucariote

Celulele eucariote sunt formate din:

Membrana Membrană celulară Perete celular- la celulele

vegetale

Citoplasma şi componentele subcelulare Citoplasmă Citoschelet Organite celulare

o Ribozomi o Mitocondrii o Centrozomul o Aparatul Golgi o Vacuole

o Lizosomi o Plastide o Reticul

endoplasmatic

Nucleul şi materialul genetic Nucleul celulei

Celula animală

Ultrastructură. Organite celulare: (1) nucleol (2) cellekerne (3) ribosom (4) vezicule,(5) reticul endoplasmatic (ER), (6) aparatul Golgi, (7) citoshelet, (8) reticul endoplasmatic rugos, (9) mitocondrie, (10) vacuole, (11) citoplasma, (12) lisosom, (13) centriol.

Celula vegetală

Diagram over en typisk plantecelle.Tabel 2: Comparţie a stucturilor între celule animale şi vegetale

Celulă tipică animală Celulă tipică vegetală

Organite Nucleu o Nucleol (în

nucleu) Reticul endolasmatic

rugos (RE) Reticul endolasmatic neted Ribozomi Citoschelet Aparat golgi Citoplasmă Mitocondrii Vesicles Vacuole Lizozomi Centrozom

o Centrioli

Nucleu o Nucleol (în nucleu)

Reticul endoplasmatic rugosRE Reticul endoplasmatic neted Ribozomi Citoschelet Aparat Goldii (dictiozomi) Citoplasmă Mitocondrii Vezicule Vacuolă centrală Chloroplast and other plastids -

o Tonoplast (central vacuole membrane)

Peroxisome

Glyoxysome

Additional structures

Cilium Flagellum

Plasma membrane

Plasma membrane Cell wall Plasmodesmata

Flagellum (only in gametes)

Comparaţie între celula procariotă şi eucariotă

Desen ce ilustrează comparativ celula procariotă şi eucariotă -

Principalele diferenţe intre celulele procariote şi eucariote

  Procariote Eucariote

Tipul de organisme bacterie protiste, ciuperci, plante, animale

Dimensiuni ~ 1-10 µm ~ 10-100 µm

Tip de nucleu nucleoid; nu un nucleu veritabil nucleu adevărat cu dublă membrană

ADN circular molecule liniare (cromozomi) cu proteine histone

ARN şi sinteza proteinelor cuplată cu citoplasma sinteza de ARN în nucleu

sinteza de proteine în citoplasmă

Ribosomi 23S+16S+5S 28S+18S+5,8S+5S

Structura citoplasmatică structură simplă structură complexă cu membrane

intracitoplasmatice şi citoschlet

Mişcarea celulelor flagelară făcută de flagelină flagelară şi ciliară făcută de tubulină

Metabolism anaerob de obicei aerob

Mitocondrii nu au de la una până la numeroase

Cloroplaste nu au la alge şi la plante

Organizare de obicei celule izolate, dar pot forma şi colonii

celule izolate, colonii, organisme evoluate cu celule specializate

Diviziunea celulelor diviziune simplă Mitoză (pentru celulele somatice)

Meioză (la formarea gameţilor)

Compoziţia chimică a celuleiCelula este formată din diferite molecule cu rol diferit. În componenţa acestor molecule intră atomi reprezentând 63 elemente chimice. În funcţie de proporţia în care iau parte la formarea celulelor, elementele chimice se pot clasifica în:

macroelemente, (elemente prezente în proporţie de 98%):

o oxigen, (66%) o hidrogen, (10%) o carbon, (18%) o azot, (3,5%)

microelemente, (elemente prezente în proporţie de 2%):

o calciu, (1,2%) o sulf, (0,9%) o potasiu, (0, ) o sodiu, (0,15%) o clor, (0,1%) o magneziu, (0,1%)

ultramicroelemente, (elemente prezente în proporţie redusă - 0,01%):

o iod o fier o mangan

o zinc o cobalt, etc.

Substanţe anorganice

Sustanţele anorganice, sau minerale, sunt prezente în celulă atât sub formă de molecule, cât şi sub formă de ioni.

Substanţe organice

Aceste substanţe sunt cele mai importante, ele luând parte activ la toate procesele intracelulare.

Acizi nucleici; Glucide; Lipide; Proteine.

Diviziunea celularăDiviziunea (în latină divisio, divisionis = diviziune, împartire) se realizează pe două căi - directă (amitoză) si indirectă (cariochineză).

Amitoza

Diviziunea amitotică este caracteristică procariotelor.

Cariochineza

Diviziunea cariochinetica (in limba greacă karyon = nucleu respectiv kinesis = mişcare) caracteristică tututor eucariotelor poate fi tipica (sau equatională) si alotipica (sau reductională), adică mitotică (in limba greacă mitos = fir) si meiotică (in limba greacă meio = a injumătăţi). Diviziunea celulară este precedată de o creştere a celulei in volum, si se caracterizează printr-o succesiune de evenimente membranare, citoplasmatice si nucleare.

Originea şi evoluţia celulelor

Istoria descoperirii celuleiCelula a fost descoperită de Robert Hook în 1665 care făcea studii pe tulpini de plută folosind microscopul. Acesta a observat că materialul dat a fost împărţit în mai multe compartimente, egale între dânsele pe care le-a numit celule. Antonie van Leeuwenhoek a observat primul organismele unicelulare într-o picătură de apă, folosind microscopul.Teoria celulară a fost enunţată pentru prima dată de M.Schleiden şi T.Schwann în 1839. În 1858, Rudolf Virchow emite teoria sa, Omnis cellula ex cellula, potrivit căreia celulele apar în urma diviziunii celulare