1

CELULA I ELEMENTELE CELULARE

Celula este unitatea elementar de organizare a materiei vii, avnd o structur att de

complex, nct poate constitui ea singur organismul unor plante i animale

Organismele realizeaz manifestrile vitale prin procesul de metabolism, iar prin procesul

de reproducere asigur continuitatea materiei vii.

n figura 1 este reprezentat schema general a unei celule animale, cu elementele

structurale care o caracterizeaz.

Fig. 1. Structura celulei: 1 mitocondriile; 2 aparatul Golgi; 3 - lizozomi; 4 membrana celular 5 vacuol de secreie; 6 por al membranei nucleare; 7 cromatina nuclear; 8 cariolimfa; 9 nucleol; 10 membrana nuclear; 11 reticul endoplasmatic; 12 ribozmi.

Membrana celular. Reprezint nveliul extern i de protecie al celulei, meninndu-i

unitatea structural. Datorit sistemului de canalicule al acesteia, asigur permeabilitatea

selectiv a celulei. De asemenea, mai are i proprieti antigenice, reaciile imunologice avnd

loc la acest nivel.

2

Citoplasma. Are o structur complex, fiind alctuit din plasm i organite

citoplasmatice. Cea mai mare parte din organitele citoplasmatice fac parte din sistemul ereditar

al celulei.

Dintre constituienii citoplasmatici cu rol important n ereditate fac parte: mitocondriile,

reticulul endoplasmatic, ribozomii, centrozomul (fig. 2), iar la celulele vegetale i la bacterii

mai exist plasmidele i cloroplastele.

La nivel citoplasmatic mai exist i alte organite cum ar fi: aparatul Golgi, lizozomii i

microzomii, care nu sunt implicate n mod direct n sistemul ereditar al celulei, ndeplinind

funcii de eleminare a unor produse de secreie, de reglare a presiunii osmotice i de digestie

celular.

1 2 B

Fig. 2. Reprezentarea schematic a aspectului microelectronografic al unor organite citoplasmatice: M mitocondrii; RE reticul endoplasmatic; R ribozomi; B structura

spaial a ribozomului, cu subunitatea mic (1) i mare (2).

Mitocondriile, sunt formaiuni citoplasmatice sferice sau mai frecvent elipsoidale, cu

diametrul de 0,2-0,7 microni i lungimea de 1-4 microni, fiind capabile de autoreplicare.

Morfologic, sunt formate dintr-o membran extern, care delimiteaz o membran intern avnd

numeroase invaginri numite criste mitocondriale, iar la interior o matrice mitocondrial, (fig. 3).

Sunt constituite din proteine, lipide, nucleotide, ADN i ARN, precum i o multitudine de

enzime.

Mitocondriile sunt organite indispensabile pentru viaa celulei eucariote, la nivelul

acesteia desfurndu-se procesele respiratorii de baz care conduc la producerea de energie

nmagazinat n substana macroergic - ATP.

Datorit aparatului genetic pe care l dein, mitocondriile se bucur de o relativ

autonomie genetic, intervenind n fenomenele ereditare extracromozomale, n special al celor

legate de influena matern a unor nsuiri.

Reticulul endoplasmatic, face parte din sistemul membranal al celulei, fiind o

component celular deosebit de important. Denumirea i-a fost dat n 1953 de K. Porter i G.

3

Palade. La microscopul electronic se prezint sub dou nfiri: reticul endoplasmatic neted i

reticul endoplasmatic rugos.

Reticulul endoplasmatic neted, este format dintr-un sistem de canale i canalicule cu

diametru de circa 500 ce se deschid n cisterne mai mari cu diamtrul de 1500 . Realizeaz

legtura dintre membrana celular i membrana nuclear, cu rol n ptrunderea substanelor din

exteriorul spre interiorul celulei. De asemenea, mai are rol n contracia muscular i sinteza

hormonilor steroizi.

Reticulul endoplasmatic rugos, este asemntor n totalitate cu cel neted, dar membrana

acestuia are afiniti deosebite pentru ionii de Ca++ i Mg++, ceea ce permite ataarea spre

exterior, din loc n loc, a ribozomilor. Prezena ribozomilor la suprafaa reticulului

endoplasmatic, confer acestuia funcii suplimentare, implicndu-l n sinteza produselor de

secreie celular de natur proteic.

Ribozomii, sunt formaiuni citoplasmatice cu dimensiuni moleculare de 150-300 , fiind

fie ataai de reticulul endoplsmatic, fie liberi n citoplasm. Au fost descoperii de G. Palade i

K. Porter (1953 - 1954).

Ribozomii sunt prezeni la toate organismele celulare de la procariote la eucariote, fiind

foarte numeroi n celulele tinere i n cele care realizeaz o sintez intens de proteine

(pancreas, ficat, neuroni, etc.).

Ribozomii n funcie de coeficientul de sedimentare se clasific n:

- ribozomii de tip 70 S, cu diametrul de 140-240 i un coninut de ARN de 65%,

specifici celulelor procariote;

- ribozomii de tip 80 S, cu diametrul de 200-300 i un coninut de ARN de 45%,

specifici eucariotelelor.

Fiecare ribozom este constituit din dou subuniti: una mai mare aproape rotund, cu

diametrul de 140-160 denumit subunitatea 60 S i o subunitate mai mic, de form

elipsoidal cu diametrul de 70-100 , denumit 40 S.

n ceea ce privete compoziia chimic, acetia sunt bogai n ARN (80-90% din totalul

ARN-ului celular), ap, ioni de Mg i Ca.

Sub aciunea ionilor de Mg++, ribozomii au capacitatea de a forma structuri polimere, sau

de a se disocia n subuniti simple.

Structurile polimerice ale ribozomilor, denumite poliribozomi (polizomi), reprezint

unitatea funcional n procesul de sintez al proteinelor, ribozomul singular fiind considerat ca

form inactiv. Poliribozomii sunt legai prin filamente subiri de 1-2 nm, considerate a fi

molecule de ARN-m.

4

De asemenea, ribozomii pot fi liberi n citoplasm, fiind implicai n special n sinteza

proteinelor necesare procesului de difereniere celular sau a proteinenzimelor, sau pot fi ataai

reticulului endoplasmatic sub influena ionilor de Mg, fiind implicai n sinteza proteinelor

destinate secreiei celulare.

Centrozomul, reprezint o formaiune cilindric, identic la toate tipurile de celule, fiind

foarte bogat n ADN i ARN.

Centrozomul formeaz centrul cinetic al celulei, deoarece la nceputul diviziunii celulare

se divide n cei doi centrioli, formnd locurile de inserie al fibrelor fusului nuclear de diviziune.

Nucleul. Constituie formaiunea prezent n toate celulele eucariote, avnd n esen dou

roluri principale:

- depozitar al informaiei genetice n ADN-ul nuclear;

- reglarea i controlul activitii celulare.

Celulele enucleate (hematiile, trombocitele), sunt excepii n corpul uman, fiind

incapabile de a sintetiza proteine.

Structura nucleului variaz foarte mult n funcie de perioada ciclului celular. n interfaz

se descrie nucleul aa numit metabolic, format din membran nuclear, nucleoli, cromatin

i carioplasm. n timpul diviziunii celulare, n nucleul aa numit genetic, dispare nveliul

nuclear i nucleolii, iar cromatina se condenseaz devenind vizibili cromozomii.

n general dimensiunile nucleului sunt cuprinse ntre 5-12 m, cu un minim de 4 m la spermatozoizi i un maxim de 20-25 m la ovocite. Cu ct celula este mai tnr, cu activitate metabolic mai intens, nucleul este mai mare iar citoplasma mai redus. Celulele degenerate sau

mbtrnite au nucleul mai mic, putndu-se astfel stabili dac o celul este tnr sau adult.

Acesta este un criteriu important n practica stabilirii diagnosticului celulelor maligne, care sunt

celule foarte tinere cu un nucleu deosebit de mare.

Membrana nuclear (sau nveliul nuclear), este o formaiune fin, abia vizibil la

microscopul optic. Studiat cu ajutorul microscopului electronic, s-a constatat c este o

membran dubl groas de 50-100 , separat printr-un spaiu perinuclear. Membrana nuclear,

are din loc n loc pori, cu diametrul de 150-1000 , care asigur schimburile de substan dintre

nucleu i citoplasm. La unele celule, membrana nuclear se racordeaz cu sistemul reticulului

endoplasmatic, realiznd astfel legtura direct cu exteriorul celulei.

Continuitatea cu reticulul endoplasmatic, explic modificrile rapide ale nveliului

nuclear n cursul mitozei, dispariia lui la nceputul mitozei i refacerea la sfritul acesteia.

Porii nucleari permit trecerea unor macromolecule sau chiar a unor complexe

macromoleculare, importante pentru desfurarea funciilor celulei. Astfel din citoplasm sunt

importate n nucleu enzimele care asigur sinteza ADN-ului, precum i proteinele ce intr n

5

constituia cromatinei. Nucleul export n citoplasm precursorii ribozomali, particule

ribonucleoproteice formate din ARN-mesager i proteine speciale .a. Trecerea acestor

componente, cu dimensiuni mai mari dect diametrele porilor, este posibil prin adaptarea unei

conformaii speciale a acestor complexe macromoleculare.

Carioplasma (sucul nuclear, matricea nuclear), este constituit dintr-un lichid

transparent i omogen, care conine un amestec de substane proteice, la nivelul acesteia aflndu-

se cromatina i nucleolul. Aceast parte a nucleului are rol esenial n sinteza ADN-ului i ARN-

ului.

Cea mai mare parte a proteinelor din matricea nuclear, o reprezint proteinele

nehistonice, o clas foarte heterogen, cu mas molecular ntre 10.000-300.000 daltoni. Unele

din aceste proteine, au rol important n structura cromatinei, iar altele n reglarea expresiei

genelor. Din aceast clas de proteine heterogene, fac parte i enzime ca nucleazele, ADN- i

ARN-polimerazele, proteinkinazele .a.

Coninutul n ap al carioplasmei este de circa 80%, iar la acest nivel se mai gsesc ioni

de Ca2+, Mg2+, Na+ i K+. Coninutul n ATP al nucleului este mai mare dect al citoplasmei,

ceea ce reflect dinamismul acestei formaiuni.

Nucleolul, se ntlnete n toate celulele eucariote, cu excepia celulelor embrionare,

unde lipsete atta vreme ct embrionul nu i sintetizeaz nc propriile proteine. Nucleolul se

observ n interfaz, dispare la nceputul mitozei i reapare la sfritul acesteia.

Nucleolul joac un rol esenial n biogeneza ribozomilor. n nucleol se sintetizeaz ARN-

ul ribozomal de care se ataeaz proteinele ribozomale venite din citoplasm. n acest fel se

formeaz precursorii ribozomilor, care trec apoi prin porii nucleului n citoplasm, unde se

matureaz, formndu-se ribozomii capabili de a sintetiza proteine. Sinteza ARN-ului ribozomul

se face n anumite zone din cromozomi, denumite organizatori nucleolari.

Nucleolul are dimensiuni de 1-2 m, fiind de form oval sau rotund, iar poziia sa n interiorul nucleului poate varia n funcie de starea funcional a celulei, de obicei avnd o

poziie central sau paracentral.

n privina compoziiei chimice, nucleolul conine trei componente principale i anume

ADN n proporie de circa 3%, ARN circa 7% i proteine n proporie de aproximativ 90%.

ADN-ul este reprezentat de cel existent n organizatorii nucleolari, ce ptrunde ca nite bucle de

ADN n nucleoli. ARN-ul este reprezentat de ARN-ul ribozomal aflat n diferite faze de

maturare. Se presupune c nucleolul ar fi o staie intermediar n tranzitul spre citoplasm al

ARN-ului mesager i al celui de transport. Proteinele nucleolare sunt importate din citoplasm,

fiind reprezentate de proteinele ribozomale, de unele enzime necesare sintezei de ARN, precum

6

i de alte tipuri de enzime. Datorit concentraiei mari de substan uscat, nucleolul are structura

cea mai dens din celul (densitatea 1,35).

Funcia principal a nucleolului este de biogenez a ribozomilor, prin sinteza ARN-ului

ribozomal i stocarea precursorilor ribozomali, nainte de a fi trecui n citoplasm. Se mai

atribuie nucleolului i funciile de staie de tranzit a ARN mesager i a ARN de transport spre

citoplasm, precum i de pregtire a mitozei, dup cum reiese din experienele de distrugere a

nucleolului. fost descoperite forme mutante la broasc (Xenopus laevis) fr nucleoli, care nu

sunt viabile, mormolocii murind la vrsta de o sptmn.

Cromatina nuclear, reprezint forma interfazic de existen a materialului genetic

nuclear, nefiind altceva, dect forma relaxat, extins, a cromozomilor. n timpul diviziunii

celulare cromatina se reorganizeaz, formnd structurile condensate caracteristice cromozomilor.

Deci cromozomii sunt prezeni tot timpul n nucleu, dar nu sunt vizibili la microscopul optic sub

forme carcateristice, dect n timpul diviziunii celulare, cnd sunt complet condensai.

Din punct de vedere chimic, cromatina are aceiai structur ca i a cromozomilor, fiind

compus din ADN complexat cu proteine histonice, avnd i mici cantiti de ARN.

Cromatina se coloreaz intens cu colorani bazici (ex. hematoxilin), datorit coninutului

mare n ARN. Se prezint n interfaz sub dou forme tinctoriale: o reea foarte fin de filamente

slab colorate, ce formeaz eucromatina, sau sub o form mai condensat, colorat intens, care se

numete heterocromatin.

Eucromatina, este format din mult ADN nerepetitiv, care se replic precoce n faza S,

fiind activ genetic prin transcriere n ARN-m i formnd astfel fondul de gene structurale al

unui organism.

Heterocromatina, este puternic condensat, prezentndu-se sub forma unor corpusculi

denumii cromocentrii, se coloreaz intens, conine foarte puin ADN nerepetitiv, avnd o mare

cantitate de ADN repetitiv, se replic trziu n faza S i este puin activ genetic.

Heterocromatina este de dou tipuri: constitutiv i facultativ. Heterocromatina

constitutiv, reprezint o caracteristic structural permanent a tuturor celulelor, n orice

perioad ontogenetic. Cantitatea i localizarea ei variaz de la un individ la altul, fr s

modifice fenotipul, deoarece este inactiv genetic. Heterocromatina facultativ, apare n diferite

stadii de dezvoltare, n diferite celule, la sexe diferite. Exemplul cel mai tipic l constituie

cromatina sexual, sau cromatina X.

Dei heterocromatina este considerat a fi inactiv, ea pare s joace un rol important n

organism. Funciile sale nu sunt nc bine cunoscute, dar se pare c are rol n reglarea genetic,

n procesul de difereniere celular i n desfurarea diviziunii celulare.