Teoria celulară și structura celulei

Toate organismele vii se clasifică în procariote sau eucariote, în funcție de tipul de celulă. Diferențele principale dintre acestea sunt semnificative: celulele procariote (bacteriile) nu au nucleu și organite în citoplasmă, în timp ce celulele eucariote (plante, animale, om) au nucleu bine definit și organite specializate.

Celulele umane au două componente de bază: citoplasma și membrana celulară. Citoplasma are consistență semilichidă (gel) și conține nucleul, cel mai mare component celular. Membrana plasmatică (plasmalema) separă mediul intracelular de cel extracelular și determină forma celulei.

Membrana plasmatică este formată din proteine și lipide (în special fosfolipide), aranjate într-o structură bistratificată. Proteinele globulare încorporate par să "plutească" printre lipidele membranei, conferindu-i un aspect de mozaic fluid. Fosfolipidele au doi poli importanți: unul hidrofil (atras de apă), care conține fosfat, și unul hidrofob (respinge apa), format din lanțuri de acizi grași.

Știai că? Structura unică a fosfolipidelor permite membranei celulare să controleze selectiv ce substanțe intră și ies din celulă, acționând ca un portar inteligent pentru milioane de procese celulare!

Componenții membranei plasmatice

Membrana celulară are o structură de tip "sandwich" datorită proprietăților fosfolipidelor pentru apă. Capetele polarizate (hidrofile) realizează legături cu apa din interior și exterior, iar capetele nepolarizate (hidrofobe) formează un miez central. Această structură unică permite membranei să-și mărească suprafața când veziculele aparatului Golgi fuzionează cu ea.

Glucidele atașate la exteriorul membranei au rol de recunoaștere între celule și de receptori pentru hormoni. Acestea pot fi legate de lipide (formând glicolipide) sau de proteine (formând glicoproteine).

Proteinele membranare sunt de două tipuri: transmembranare și periferice. Cele transmembranare traversează întreaga membrană și formează:

• canale pentru transportul ionilor
• proteine de transport (cărăuși) pentru molecule organice
• receptori pentru stimuli precum hormonii

Proteinele periferice, atașate pe suprafața internă sau externă a membranei, pot funcționa ca enzime sau pot contribui la remodelarea celulară.

Important! Colesterolul din membrană are rol esențial în stabilizarea lipidelor și în reglarea fluidității, asigurând astfel funcționarea optimă a membranei celulare în diverse condiții.

Mecanisme de transport prin membrana celulară

Membrana celulară are permeabilitate selectivă, permițând moleculelor mici (O₂, CO₂, apă) și lipidelor să treacă prin spațiile dintre fosfolipide, în timp ce moleculele mari nu pot trece cu ușurință. Toate schimburile de substanțe se realizează prin diferite mecanisme de transport.

Mecanismele de transport se clasifică după două criterii importante:

• După consumul de energie: transport pasiv (fără consum de energie) și transport activ (cu consum de energie)
• După folosirea proteinelor de transport: transport fără ajutorul cărăușilor și transport cu ajutorul cărăușilor

Difuziunea simplă este un transport pasiv, fără cărăuși, prin care moleculele se deplasează dintr-o zonă cu concentrație mare într-una cu concentrație mică. Acest mecanism funcționează pentru O₂, CO₂, hormoni steroizi și alcooli datorită energiei cinetice a moleculelor aflate în continuă mișcare.

Osmoza reprezintă difuziunea apei printr-o membrană semipermeabilă, de la soluția diluată (multă apă, puțini solviți) spre soluția concentrată (puțină apă, mulți solviți). Concentrația normală a sării în citoplasmă este de 1%. În funcție de mediul exterior, celulele pot pierde sau câștiga apă:

• În mediu hiperton (ex: 5% sare), celulele pierd apă și se zbârcesc
• În mediu hipoton (ex: 0,3% sare), celulele absorb apă, riscând liza celulară

Aplicație practică: Înțelegerea proceselor de osmoză explică de ce soluțiile perfuzabile administrate în spitale trebuie să fie izotone cu plasma sanguină - pentru a preveni umflarea sau zbârcirea celulelor sanguine.

Transportul facilitat și activ

Difuziunea facilitată este un transport pasiv care folosește proteine transportoare (cărăuși) pentru a deplasa molecule organice mai mari și polarizate (precum glucoza) în sensul gradientului de concentrație. Acest transport are două caracteristici importante: este specific (există compatibilitate între cărăuș și molecula transportată) și saturabil (există un maxim de transport).

Transportul activ se realizează în sensul invers al gradientului de concentrație, de la zone cu concentrație mică spre zone cu concentrație mare. Acest proces necesită energie furnizată de ATP. Cele mai cunoscute mecanisme de transport activ sunt pompele proteice, precum pompa de Na⁺/K⁺, pompa de Ca²⁺ și pompa de Na⁺/H⁺.

Transportul prin vezicule (citoza) include două procese principale:

1. Endocitoza - o porțiune din membrană se invaginează și înglobează particule solide (fagocitoză) sau lichide (pinocitoza). Un exemplu important este fagocitoza microbilor de către globulele albe.
2. Exocitoza - veziculele încărcate din interior migrează către membrană și fuzionează cu aceasta, eliberând conținutul în mediul extracelular. Prin acest proces se secretă hormoni, neurotransmițători sau mucus.

Fascinant! Celulele tale folosesc constant aceste mecanisme de transport - în fiecare secundă, milioane de molecule traversează membranele celulare prin aceste procese sofisticate, menținându-te în viață!

Nucleul celular

Nucleul este prezent în toate celulele umane, cu excepția hematiilor (globulelor roșii). Poziția lui poate fi centrală sau excentrică, iar numărul nucleilor variază de la unul la mai mulți, în funcție de tipul celular.

În nucleu se găsesc cromozomii, alcătuiți din cromatină (ADN și proteine histone și nonhistone). ADN-ul este organizat în unități liniare numite cromozomi, care conțin gene - segmente funcționale de ADN. La om, în nucleu se află aproximativ 30.000 de gene.

Proteinele histone au rol de sprijin pentru ADN, formând unități numite nucleozomi. Condensarea și spiralizarea lanțului de ADN înfășurat pe nucleozomi formează cromozomul. În substanța fundamentală a nucleului se află nucleolii, mase dense ce conțin ARN și proteine implicate în producerea subunităților ribozomilor.

Structura nucleului include:

• Membrana nucleară dublă (internă și externă), denumită înveliș nuclear sau nucleolemă, între care se delimitează un interspațiu
• Pori nucleari prin care nucleul comunică cu citoplasma celulei

Conexiune importantă: Nucleul este centrul de comandă al celulei, iar comunicarea constantă între nucleu și citoplasmă prin porii nucleari permite celulei să răspundă rapid la schimbările din mediul său!

Citoplasma și organitele celulare

Citoplasma este substanța fundamentală, semilichidă a celulei, în care se realizează reacțiile de metabolism și sintezele proteice. Aceasta conține mici compartimente specializate funcțional, numite organite. Organitele pot fi comune (prezente în toate celulele) sau specifice.

Principalele organite comune prevăzute cu membrană proprie sunt:

Reticulul endoplasmatic (RE) - ansamblu de membrane interconectate ce formează saci și canale în citoplasmă. Există două tipuri:

• RER (rugos) - are ribozomi atașați și realizează sinteza proteinelor
• REN (neted) - lipsit de ribozomi, sintetizează lipide și membrane, și depozitează calciu

Aparatul Golgi - format din saci turtiți, suprapuși și curbați, procesează proteinele și lipidele, împachetându-le în vezicule pentru transport

Lizozomii - vezicule cu enzime pentru digestia celulară, derivate din aparatul Golgi, realizează digestia intracelulară a particulelor nutritive sau străine

Mitocondriile - organite cu membrană dublă considerate "generatoarele energetice" ale celulei, responsabile pentru respirația celulară și producerea ATP-ului

Analogie utilă: Dacă celula ar fi o fabrică, mitocondriile ar fi centralele electrice care furnizează energia, reticulul endoplasmatic ar fi liniile de asamblare, iar aparatul Golgi ar fi departamentul de ambalare și livrare!

Organite celulare și citoscheletul

Pe lângă organitele prevăzute cu membrană proprie, celulele conțin și alte structuri importante:

Ribozomii - particule formate din ARN și proteine, care pot fi atașați de reticulul endoplasmatic sau liberi în citoplasmă. Rolul lor esențial este sinteza proteinelor.

Centrozomul - structură nemembranoasă formată din doi centrioli cilindrici orientați perpendicular unul față de altul, înconjurați de o zonă densă numită centrosferă. Acesta participă la repartizarea cromozomilor în timpul diviziunii celulare și inițiază formarea cililor.

Cilii și flagelii - structuri asemănătoare firelor de păr, atașate de corpusculii bazali de sub membrana celulară:

• Cilii sunt scurți și numeroși, având rol în propulsia fluidelor pe suprafețele celulare
• Flagelii sunt lungi și asigură mișcarea unor celule (exemplu: coada spermatozoidului)

Veziculele - saci membranoși care conțin diverse substanțe transportate în celule

Citoscheletul - rețea interconectată de microfilamente și microtubuli alcătuite din subunități proteice, cu rol de suport pentru citoplasmă și în deplasarea moleculelor în interiorul celulei.

Există și organite specifice anumitor celule, cum ar fi:

• Miofibrilele din fibrele musculare, cu rol contractil
• Neurofibrilele din neuroni, cu rol de suport și conducere nervoasă
• Corpii Nissl din neuroni, implicați în sintezele neuronale

Reflecție: Fiecare dintre miliardele de celule din corpul tău funcționează ca un mic oraș, cu "străzi" (citoscheletul), "fabrici" (organitele) și "centrale energetice" (mitocondriile), toate coordonate perfect pentru a te menține în viață!