Celula este unitatea de bază a unui organism viu. La organismele pluricelulare (organisme cu mai multe celule), o colecție de celule care lucrează împreună pentru a îndeplini funcții similare se numește țesut. La nivelul imediat superior de organizare, diferite țesuturi care îndeplinesc funcții coordonate formează organe. În cele din urmă, organele care lucrează împreună pentru a efectua procese generale formează sisteme corporale.
Tipuri de celule
Organismele pluricelulare conțin o gamă vastă de celule foarte specializate. Plantele conțin celule radiculare, celule foliare și celule stem. Oamenii au celule ale pielii, celule nervoase și celule sexuale. Fiecare tip de celulă este structurat pentru a îndeplini o funcție foarte specializată. Adesea, examinarea structurii unei celule dezvăluie multe despre funcția sa în organism. De exemplu, anumite celule din intestinul subțire au dezvoltat microvilli (fire de păr) care favorizează absorbția alimentelor. Celulele nervoase, sau neuronii, sunt un alt tip de celule specializate a căror formă reflectă funcția. Celulele nervoase sunt alcătuite dintr-un corp celular și atașamente lungi, numite axoni, care conduc impulsurile nervoase. Dendritele sunt atașamente mai scurte care primesc impulsurile nervoase.
Celulele senzoriale sunt celule care detectează informații din mediul exterior și transmit aceste informații către creier. Celulele senzoriale au adesea forme și structuri neobișnuite care contribuie la funcția lor. Celulele bastonaș din retina ochiului, de exemplu, nu seamănă cu nicio altă celulă din corpul uman. Având forma unei tije, aceste celule au o regiune sensibilă la lumină care conține numeroase discuri. În interiorul fiecărui disc este încorporat un pigment fotosensibil special care captează lumina. Atunci când pigmentul primește lumină din mediul exterior, celulele nervoase din ochi sunt declanșate pentru a trimite un impuls nervos în creier. În acest fel, oamenii sunt capabili să detecteze lumina.
Cu toate acestea, celulele pot exista, de asemenea, ca organisme unicelulare. Organismele numite protiști, de exemplu, sunt organisme unicelulare. Printre exemplele de protiști se numără organismul microscopic numit Paramecium și alga unicelulară numită Chlamydomonas .
Procariote și eucariote. În organismele vii sunt recunoscute două tipuri de celule: procariote și eucariote. Cuvântul procariot înseamnă literalmente „înainte de nucleu”. După cum sugerează și numele, procariotele sunt celule care nu au un nucleu distinct. Majoritatea organismelor procariote sunt unicelulare, cum ar fi bacteriile și algele.
Termenul eucariot înseamnă „nucleu adevărat”. Eucariotele au un nucleu distinct și organite distincte. Un organit este o structură mică care îndeplinește un set specific de funcții în cadrul celulei eucariote. Aceste organite sunt ținute împreună de membrane. Pe lângă faptul că nu au un nucleu, procariotele nu au nici aceste organite distincte.
Structura și funcția celulelor
Structura de bază a tuturor celulelor, fie ele procariote sau eucariote, este aceeași. Toate celulele au un înveliș exterior numit membrană plasmatică. Membrana plasmatică ține celula laolaltă și permite trecerea substanțelor în interiorul și în afara celulei. Cu câteva excepții minore, membranele plasmatice sunt aceleași la procariote și eucariote.
Interiorul ambelor tipuri de celule se numește citoplasmă. În interiorul citoplasmei eucariotelor sunt încorporate organitele celulare. După cum s-a menționat mai sus, citoplasma procariotelor nu conține organite. În cele din urmă, ambele tipuri de celule conțin structuri mici numite ribozomi. Ribozomii sunt locurile din interiorul celulelor în care se produc proteinele. (Proteinele sunt molecule mari care sunt esențiale pentru structura și funcționarea tuturor celulelor vii). Ribozomii nu sunt delimitați de membrane și, prin urmare, nu sunt considerați a fi organite.
Cuvinte de știut
Peretele celular: Un înveliș exterior dur care acoperă membrana plasmatică a bacteriilor și a celulelor vegetale.
Cili: Proiecții scurte care acoperă suprafața unor celule și care asigură mișcarea.
Citoplasmă: Substanța semifluidă a unei celule care conține organite și este înconjurată de membrana celulară.
Citoschelet: Rețeaua de filamente care asigură structura și mișcarea unei celule.
ADN (acid dezoxiribonucleic): Materialul genetic din nucleul celulelor care conține informații pentru dezvoltarea unui organism.
Reticulul endoplasmatic: Rețeaua de membrane care se întinde de-a lungul celulei și care este implicată în sinteza proteinelor și în metabolismul lipidic.
Enzimă: Oricare dintre numeroasele proteine complexe care sunt produse de celulele vii și care declanșează reacții biochimice specifice.
Eukaryote: O celulă care conține un nucleu și organite distincte.
Flagel: O structură în formă de bici care asigură mișcarea în unele celule.
Corpul Golgi: Organit care sortează, modifică și împachetează moleculele.
Membrană: Un strat subțire și flexibil de țesut vegetal sau animal care acoperă, căptușește, separă sau ține împreună sau conectează părți ale unui organism.
Mitocondrion: Centrala electrică a celulei care conține enzimele necesare pentru transformarea alimentelor în energie.
Înveliș nuclear: Membrana dublă care înconjoară nucleul.
Porul nuclear: Deschideri minuscule care străjuiesc învelișul nuclear.
Nucleolus: Regiunea mai întunecată din interiorul nucleolului în care sunt fabricate subunitățile ribozomale.
Nucleus: Centrul de control al unei celule care conține ADN-ul.
Organel: Un „organ” celular mărginit de membrană care îndeplinește un set specific de funcții în cadrul unei celule eucariote.
Pili: Proiecții scurte care ajută bacteriile să se atașeze la țesuturi.
Membrana plasmatică: Membrana unei celule.
Plastid: Un organit asemănător unei vezicule care se găsește în celulele vegetale.
Procariot: O celulă fără un nucleu adevărat.
Proteină: Molecule mari care sunt esențiale pentru structura și funcționarea tuturor celulelor vii.
Protist: Un organism eucariot unicelular.
Ribosom: O proteină compusă din două subunități care funcționează în sinteza proteinelor.
Vacuolă: Un organit de umplere a spațiului din celulele vegetale.
Vezicule: O sferă legată de membrană care conține o varietate de substanțe în celule.
Structura procariotelor. Un exemplu de procariot tipic este celula bacteriană. Celulele bacteriene pot avea forma unor tije, sfere sau tirbușoane. Ca toate celulele, procariotele sunt delimitate de o membrană plasmatică. Această membrană plasmatică este înconjurată de un perete celular. În plus, la unele bacterii, un material gelatinos, cunoscut sub numele de capsulă, îmbracă peretele celular. Multe bacterii care cauzează boli au capsule. Capsula oferă un strat suplimentar de protecție pentru bacterii. Bacteriile patogene cu capsule tind să provoace boli mult mai grave decât cele fără capsule.
În citoplasma procariotelor se află un nucleoid, o regiune în care este stocat materialul genetic al celulei. (Genele determină caracteristicile transmise de la o generație la alta). Nucleoidul nu este un nucleu adevărat, deoarece nu este înconjurat de o membrană. De asemenea, în citoplasmă se află numeroși ribozomi.
Atașați de peretele celular al unor bacterii se află flageli, structuri asemănătoare unor biciuri care fac posibilă deplasarea bacteriilor. Unele bacterii au, de asemenea, pili, proiecții scurte, asemănătoare unor degete, care ajută bacteriile să se atașeze de țesuturi. Bacteriile nu pot provoca boli dacă nu se pot atașa de țesuturi. Bacteriile care provoacă pneumonia, de exemplu, se atașează de țesuturile plămânilor. Pili bacterieni facilitează foarte mult acest atașament la țesuturi. Astfel, bacteriile cu pili, ca și cele cu capsule, sunt adesea mai mortale decât cele fără.
Structura eucariotelor. Organitele întâlnite la eucariote includ sistemul membranar, format din membrana plasmatică, reticulul endoplasmatic, corpul Golgi și vezicule; nucleul; citoscheletul; și mitocondriile. În plus, celulele vegetale au organite speciale care nu se găsesc în celulele animale. Aceste organite sunt cloroplastele, peretele celular și vacuolele. (A se vedea desenul unei celule vegetale de la pagina 435.)
Membrana plasmatică. Membrana plasmatică a celulei este adesea descrisă ca fiind permeabilă selectiv. Acest termen înseamnă că unele substanțe sunt capabile să treacă prin membrană, dar altele nu. De exemplu, produsele formate prin descompunerea alimentelor pot trece într-o celulă, iar produsele reziduale formate în interiorul celulei pot ieși din celulă. Începând cu anii 1960, oamenii de știință au învățat foarte multe despre modul în care funcționează membrana plasmatică. Se pare că unele materiale sunt capabile să treacă
)
prin găuri minuscule din membrană din proprie inițiativă. Altele sunt ajutate să treacă prin membrană de moleculele situate pe suprafața și în interiorul membranei însăși. Studiul structurii și funcției membranei plasmatice este unul dintre cele mai fascinante din întreaga biologie celulară.
Reticulul endoplasmatic. Reticulul endoplasmatic (ER) este format din foi, saci și tuburi aplatizate de membrană care acoperă întreaga întindere a citoplasmei unei celule eucariote. ER arată ceva asemănător cu un sistem foarte complex de metrou sau de autostradă. Această analogie nu este una rea, deoarece o funcție majoră a RE este aceea de a transporta materiale în întreaga celulă.
Într-o celulă pot fi identificate două tipuri de RE. Un tip se numește ER dur, iar celălalt se numește ER neted. Diferența dintre cele două este că ER rugos conține ribozomi pe suprafața sa exterioară, ceea ce îi conferă un aspect aspru sau granulat. Rough ER este implicat în procesul de sinteză (producție) și transport al proteinelor. Proteinele produse pe ribozomii atașați la ER dur sunt modificate, „împachetate” și apoi expediate în diferite părți ale celulei pentru a fi utilizate. Unele sunt trimise la membrana plasmatică, de unde sunt deplasate în afara celulei și în alte părți ale corpului organismului pentru a fi utilizate.
RE neted are multe funcții diferite, inclusiv fabricarea lipidelor (materiale asemănătoare grăsimilor), transportul proteinelor și transmiterea de mesaje nervoase.
Corpul Golgi. Corpul Golgi este numit după descoperitorul său, omul de știință italian din secolul al XIX-lea Camillo Golgi (1843-1926). Este una dintre cele mai neobișnuite organite de formă neobișnuită. Semănând oarecum cu o grămadă de clătite, corpul Golgi este format dintr-o grămadă de saci aplatizați, înconjurați de membrane. În jurul corpului Golgi se află numeroase vezicule (particule) mici, mărginite de membrană. Funcția corpului Golgi și a veziculelor sale este de a sorta, modifica și împacheta moleculele mari care sunt secretate de celulă sau utilizate în interiorul celulei pentru diverse funcții.
Corpul Golgi poate fi comparat cu departamentul de expediere și recepție al unei companii mari. Fiecare corp Golgi din cadrul unei celule are o față cis, care este similară cu divizia de recepție a departamentului. Aici, corpul Golgi primește moleculele fabricate în reticulul endoplasmatic. Fața trans a corpului Golgi poate fi comparată cu divizia de expediere a departamentului. Este locul de unde moleculele modificate și ambalate sunt transportate la destinație.
Vezicule. Veziculele sunt particule mici, sferice, care conțin diferite tipuri de molecule. Unele vezicule, așa cum s-a menționat mai sus, sunt folosite pentru a transporta moleculele de la reticulul endoplasmatic la corpul Golgi și de la corpul Golgi la diferite destinații. Tipuri speciale de vezicule îndeplinesc, de asemenea, și alte funcții. Lizozomii sunt vezicule care conțin enzime implicate în digestia celulară. Unii protiști, de exemplu, înghit alte celule pentru a se hrăni. Într-un proces numit fagocitoză (pronunțat FA-go-sy-to-sis), protistul înconjoară o particulă de hrană și o înghite în interiorul unei vezicule. Această veziculă care conține hrană este transportată în citoplasma protistului până când este pusă în contact cu un lizozom. Vezicula alimentară și lizozomul fuzionează, iar enzimele din lizozom sunt eliberate în vezicula alimentară. Enzimele descompun alimentele în părți mai mici pentru a fi utilizate de către protist.
Nucleul. Nucleul este centrul de control al celulei. La microscop, nucleul arată ca o pată întunecată, cu o regiune mai întunecată, numită nucleolus, centrată în interiorul său. Nucleolul este locul în care sunt fabricate părți ale ribozomilor. În jurul nucleului se află o membrană dublă numită înveliș nuclear. Învelișul nuclear este acoperit cu mici deschideri numite pori nucleari.
Nucleul dirijează toate activitățile celulare prin controlul sintezei proteinelor. Proteinele sunt compuși chimici esențiali care controlează aproape tot ceea ce fac celulele. În plus, ele alcătuiesc materialul din care sunt făcute celulele și părțile celulare în sine.
Instrucțiunile pentru fabricarea proteinelor sunt stocate în interiorul nucleului într-o moleculă elicoidală numită acid dezoxiribonucleic sau ADN. Moleculele de ADN diferă unele de altele pe baza anumitor unități chimice, numite baze azotate, pe care le conțin. Modul în care sunt dispuse bazele de azot în cadrul unei molecule de ADN date poartă un „mesaj” genetic specific. Un aranjament al bazelor azotate ar putea purta instrucțiunea „Produceți proteina A”, un alt aranjament de baze ar putea purta mesajul „Produceți proteina B”, iar un al treilea aranjament ar putea codifica mesajul „Produceți proteina C” și așa mai departe.
Primul pas în sinteza proteinelor începe în nucleu. În cadrul nucleului, ADN-ul este tradus într-o moleculă numită acid ribonucleic mesager (ARNm). ARNm părăsește apoi nucleul prin porii nucleari. Odată ajuns în citoplasmă, ARNm se atașează la ribozomi și inițiază sinteza proteinelor. Proteinele fabricate pe ribozomi pot fi utilizate în cadrul aceleiași celule sau expediate în afara celulei prin membrana plasmatică pentru a fi utilizate de alte celule.
Citoscheletul. Citoscheletul este cadrul scheletic al celulei. Cu toate acestea, în loc de os, scheletul celulei constă din trei tipuri de filamente proteice care formează rețele. Aceste rețele dau forma celulei și asigură mișcarea celulară. Cele trei tipuri de fibre citoscheletice sunt microtubulii, filamentele de actină și filamentele intermediare.
Microtubulii sunt tuburi foarte subțiri și lungi care formează o rețea de „piste” pe care se deplasează diverse organite în interiorul celulei. Microtubulii formează, de asemenea, structuri mici, împerecheate, numite centrioli, în cadrul celulelor animale. Aceste structuri nu sunt considerate organite, deoarece nu sunt delimitate de membrane. Centriolii sunt implicați în procesul de diviziune celulară (reproducere).
Unele celule eucariote se deplasează cu ajutorul microtubulilor fixați la exteriorul membranei plasmatice. Acești microtubuli se numesc flageli și cili. Celulele cu cili îndeplinesc, de asemenea, funcții importante în corpul uman. Căile respiratorii ale oamenilor și ale altor animale sunt căptușite cu astfel de celule care mătură resturile și bacteriile în sus, afară din plămâni și în gât. Acolo, resturile sunt fie tușite din gât, fie înghițite în tractul digestiv, unde enzimele digestive distrug bacteriile dăunătoare.
Filamentele de actină sunt deosebit de proeminente în celulele musculare, unde asigură contracția țesutului muscular. Filamentele intermediare sunt relativ puternice și sunt adesea folosite pentru a ancora organitele la locul lor în citoplasmă.
.)
Mitocondrii. Mitocondriile sunt centralele energetice ale celulelor. Fiecare mitocondrie în formă de cârnat este acoperită de o membrană exterioară. Membrana interioară a unei mitocondrii este pliată în compartimente numite cristae (care înseamnă „cutie”). Matricea, sau spațiul interior creat de cristae, conține enzimele necesare pentru numeroasele reacții chimice care transformă în cele din urmă moleculele de alimente în energie.
Organite vegetale. Celulele vegetale au mai multe organite care nu se găsesc în celulele animale. Printre acestea se numără plastidele, vacuolele și un perete celular.
Plastidele sunt organite de tip vezicule care îndeplinesc o varietate de funcții în plante. De exemplu, amiloplastele stochează amidonul, iar cromoplastele stochează moleculele de pigmenți care dau unor plante culorile lor vibrante portocalii și galbene. Cloroplastele sunt plastide care realizează fotosinteza, un proces în care apa și dioxidul de carbon sunt transformate în zaharuri.
Vacuolele sunt vezicule mari legate de o singură membrană. În multe celule vegetale, ele ocupă aproximativ 90 la sută din spațiul celular. Ele îndeplinesc o varietate de funcții în celulă, inclusiv stocarea compușilor organici, a produselor reziduale, a pigmenților și a compușilor otrăvitori, precum și funcții digestive.
Toate celulele vegetale au un perete celular care înconjoară membrana plasmatică. Peretele celular al plantelor este format dintr-o substanță glucidică rezistentă numită celuloză așezată într-un mediu sau rețea de alți carbohidrați. (Un carbohidrat este un compus format din carbon, hidrogen și oxigen care se găsește în plante și este utilizat ca hrană de către oameni și alte animale). Peretele celular oferă un strat suplimentar de protecție între conținutul celulei și mediul exterior. Crocantul unui măr, de exemplu, este atribuit prezenței acestor pereți celulari.