Celula și diviziunea celulară

Celula este unitatea structurală și funcțională a tuturor organismelor vii. Ea reprezintă "cărămida" de bază a vieții. Există două tipuri principale de celule: procariote și eucariote.

Celula procariotă este mai simplă și o găsim la bacterii (regnul Procariota). Structura sa include:

• Peretele celular (exterior, rigid, conferă formă)
• Membrana celulară (compusă din proteine și lipide, cu structură de mozaic fluid)
• Citoplasma (ocupă aproape tot spațiul celular, conține doar ribozomi)
• Nucleoidul (similar nucleului dar fără membrană, conține ADN)

Membrana celulară are roluri esențiale pentru supraviețuirea celulei: protejează conținutul celular, permite trecerea selectivă a substanțelor și facilitează schimburile cu mediul extern.

Știai că? Deși pare simplă, celula procariotă poate realiza toate funcțiile necesare vieții: se hrănește, respiră, elimină deșeuri și se reproduce!

Nu uita că celulele procariote sunt printre cele mai vechi forme de viață de pe Pământ și, în ciuda simplității lor, au supraviețuit miliarde de ani datorită adaptabilității remarcabile.

Celula eucariotă

Celula eucariotă este mult mai complexă decât cea procariotă și o găsim la plante, animale și fungi. Haideți să explorăm componentele comune ale celulelor vegetale și animale!

Membrana celulară are structură de mozaic fluid și este formată din două straturi de fosfolipide și unul de proteine. Ca și la celula procariotă, rolurile sale includ protecția, permeabilitatea selectivă și schimbul de substanțe cu mediul.

Citoplasma ocupă spațiul dintre membrană și nucleu și conține numeroase organite celulare:

• Ribozomii (fără membrană, conțin ARN și proteine, sintetizează proteine)
• Reticulul endoplasmatic $sistem de canale ce leagă nucleul de membrană; neted - sintetizează lipide; rugos - sintetizează proteine$
• Dictiozomii (formează aparatul Golgi, sintetizează polizaharide)
• Lizozomii (responsabili de digestia intracelulară)
• Mitocondriile (cu două membrane, cea internă formând criste; responsabile de respirația celulară)
• Centrozomul (formează fusul de diviziune)

Important! Mitocondriile sunt adesea numite "centralele energetice" ale celulei deoarece produc majoritatea ATP-ului, molecula energetică esențială pentru viață.

Nucleul este "creierul" celulei, de obicei unic și central, format din înveliș nuclear (două membrane poroase), nucleoplasmă (cu cromatină) și nucleoli (produc ribozomi).

Celulele vegetale au în plus: perete celular rigid (cu celuloză) și plastide (cloroplaste, cromoplaste și leucoplaste).

Diviziunea celulară

Diviziunea celulară reprezintă procesul prin care celulele mature se divid pentru a forma celule noi. Acest proces are roluri esențiale: creșterea și dezvoltarea organismelor, înlocuirea celulelor moarte sau uzate și formarea celulelor reproducătoare.

Există două tipuri principale de diviziune:

• Diviziunea directă (caracteristică organismelor inferioare)
• Diviziunea indirectă (mitotică și meiotică)

Înainte să explorăm diviziunea, trebuie să înțelegem cromozomii - structuri permanente ale celulei care:

• Se observă la microscop în timpul diviziunii
• Se formează prin spiralizare și condensare din cromatină
• Constau din două brațe numite cromatide, unite prin centromer

Celulele pot fi:

• Diploide (2n) - număr dublu de cromozomi (celulele corpului)
• Haploide (n) - număr simplu de cromozomi (celulele reproducătoare)

Diviziunea mitotică se desfășoară în 4 faze:

1. Profaza - cromozomii se individualizează, dispare membrana nucleară și nucleolii, se formează fusul de diviziune
2. Metafaza - cromozomii bicromatidici se aliniază la centrul fusului formând placa metafazică
3. Anafaza - cromozomii monocromatidici se deplasează spre polii celulei
4. Telofaza - cromozomii ajung la poli, reapare membrana nucleară și nucleolii

Reține! În urma diviziunii mitotice rezultă două celule fiice identice genetic cu celula mamă (2n → 2n), esențiale pentru creșterea organismelor și regenerarea țesuturilor.

Diviziunea meiotică

Diviziunea meiotică este un proces complex specific celulelor reproducătoare, care se desfășoară în două etape succesive. Să vedem cum are loc această "reducere" a numărului de cromozomi!

Etapa reducțională (I) cuprinde patru faze:

1. Profaza I - cea mai lungă fază, în care pe lângă procesele obișnuite (individualizarea cromozomilor, dispariția membranei nucleare și a nucleolilor, formarea fusului de diviziune), are loc un proces unic: cromozomii se grupează în perechi (unul matern, unul patern) formând cromozomi tetracromatidici

2. Metafaza I - cromozomii tetracromatidici se aliniază la centrul fusului de diviziune, apoi se scindează în cromozomi bicromatidici

3. Anafaza I - cromozomii bicromatidici se deplasează spre polii celulei

4. Telofaza I - se formează două celule cu număr redus de cromozomi

Etapa ecuațională (II) se desfășoară similar diviziunii mitotice, cu aceleași patru faze (profaza II, metafaza II, anafaza II, telofaza II).

În final, rezultă patru celule fiice cu numărul de cromozomi redus la jumătate față de celula mamă.

Fascinant! Meioza este sursa principală a variabilității genetice datorită recombinării genetice din profaza I și distribuției aleatorii a cromozomilor parentali.

Importanța diviziunii meiotice este uriașă: asigură variabilitatea organismelor și menține constant numărul de cromozomi al speciei de-a lungul generațiilor.

Ereditatea și variabilitatea lumii vii

Ereditatea reprezintă capacitatea organismelor de a transmite caracterele lor descendenților, în timp ce variabilitatea este proprietatea indivizilor din aceeași specie de a prezenta diferențe între ei. Știința care studiază aceste fenomene se numește genetică, fondată de Gregor Mendel.

Mendel a realizat experimente de încrucișare (hibridări) pe mazăre pentru a înțelege transmiterea caracterelor. Cele două tipuri principale de hibridare sunt:

1. Monohibridarea - încrucișarea între doi indivizi care diferă printr-o singură pereche de caractere:

• Exemplu: mazăre cu bob neted (AA, dominant) × mazăre cu bob zbârcit (aa, recesiv)
• În F1 (prima generație): 100% boabe netede (Aa)
• În F2 (generația a doua): 75% boabe netede (AA, Aa) și 25% boabe zbârcite (aa)

Raporturile de segregare:

• Genotipic: 1AA : 2Aa : 1aa
• Fenotipic: 3 netede : 1 zbârcit

2. Dihibridarea - încrucișarea între doi indivizi care diferă prin două perechi de caractere:

• Exemplu: mazăre cu bob neted galben (AABB) × mazăre cu bob zbârcit verde (aabb)

Reține aceste concepte! Genotipul reprezintă totalul genelor unui organism, în timp ce fenotipul reprezintă totalul caracteristicilor observabile.

Din aceste experimente, Mendel a formulat două legi fundamentale:

• Legea purității gameților: gameții conțin un singur factor ereditar din perechea inițială
• Legea segregării independente: fiecare caracter se transmite independent de celelalte

Abateri de la legile mendeliene

Nu toate caracterele se transmit conform legilor lui Mendel. Un exemplu important este codominanța - fenomenul în care două gene dominante se exprimă simultan, atât genotipic cât și fenotipic.

Grupele sangvine umane reprezintă un exemplu perfect de codominanță:

• Grupa O (I): genotip II (homozigot recesiv)
• Grupa A (II): genotip L^A^L^A^ (homozigot dominant) sau L^A^I (heterozigot)
• Grupa B (III): genotip L^B^L^B^ (homozigot dominant) sau L^B^I (heterozigot)
• Grupa AB (IV): genotip L^A^L^B^ (codominanță)

Să analizăm un exemplu: dacă mama are grupa A (heterozigot) și tatăl are grupa AB, copiii lor pot avea una dintre grupele: A, B sau AB.

Recombinarea genetică reprezintă schimbul reciproc de gene între cromozomi omologi și este principala sursă a variabilității organismelor. Acest fenomen are loc în special în profaza I a meiozei, prin procesul de crossing-over.

Determinismul cromozomal al sexelor explică cum este determinat sexul organismelor. Există două tipuri principale:

1. Tipul Drosophila: femele XX, masculi XY (specific mamiferelor, inclusiv omului)
2. Tipul Abraxas: femele XY, masculi XX (specific păsărilor, unor reptile)

Interesant! La albine, masculii (trântorii) se dezvoltă din ouă nefecundate, având doar jumătate din numărul de cromozomi față de femele.

Înțelegerea acestor mecanisme ne ajută să explicăm cum se transmit caracterele ereditare și de ce există atâta diversitate în lumea vie.

Influența mediului asupra eredității - Mutațiile

Mutațiile reprezintă modificări în structura și funcția materialului genetic. Ele pot fi clasificate în mai multe moduri:

1. După tipul cromozomilor afectați: heterozomale și autozomale
2. După modul de transmitere: somatice (în celulele corpului) și gametice (în celulele reproducătoare)
3. După cantitatea de material genetic afectat: genetice, cromozomale și genomice
4. După efectul lor: dăunătoare, neutre sau folositoare
5. După modul de apariție: spontane (naturale) sau artificiale (induse de factori mutageni)

Factorii mutageni care pot provoca mutații sunt:

• Fizici (radiațiile)
• Chimici (coloranți, unele antibiotice)
• Biologici (virusurile)

În genetica umană se studiază cariotipul uman - totalitatea cromozomilor specifici speciei umane. Cariotipul uman normal cuprinde 46 de cromozomi (23 de perechi), din care 22 de perechi sunt cromozomi somatici și o pereche de cromozomi sexuali (XX la femei, XY la bărbați).

Bolile genetice ereditare apar când există modificări în structura sau numărul cromozomilor:

1. Boli ereditare genetice:
   • Dominante: polidactilia (degete suplimentare), sindactilia (degete unite), brahidactilia (degete scurte)
   • Recesive: albinismul (lipsa pigmenților), daltonismul (defect de percepție a culorilor), hemofilia (defect de coagulare)

Important! Daltonismul și hemofilia sunt boli X-linkate, determinate de gene recesive amplasate pe cromozomul X. Din această cauză, băieții sunt afectați mai frecvent decât fetele.

2. Boli ereditare cromozomale:
   • Sindromul Down - cauzat de prezența unui cromozom suplimentar în perechea 21 $2n = 47$, caracterizat prin aspect mongoloid, înapoiere mintală și alte afecțiuni
   • Maladia "cri-du-chat" - cauzată de pierderea brațului scurt al cromozomului 5

Boli ale cromozomilor sexuali

Bolile genetice pot afecta și cromozomii sexuali, ducând la anomalii importante. Aceste afecțiuni apar din cauza neseparării cromozomilor sexuali în timpul diviziunii meiotice.

Sindromul Triplu X (XXX) afectează sexul feminin și se caracterizează prin:

• Înapoiere mintală
• Talie redusă
• Sterilitate
• Pilozitate excesivă
• 2n = 47 (număr cromozomal anormal)

Sindromul Turner (XO) afectează tot sexul feminin și prezintă:

• Ușoară înapoiere mintală
• Talie redusă
• Adesea sterilitate
• 2n = 45 (lipsă un cromozom)

Sindromul Klinefelter (XXY) afectează sexul masculin și se caracterizează prin:

• Înapoiere mintală
• Sterilitate
• Pilozitate redusă
• Sâni dezvoltați
• Organe genitale reduse
• 2n = 47

Știai că? Majoritatea embrionilor cu anomalii cromozomiale severe nu supraviețuiesc până la naștere. De exemplu, configurația YO este întotdeauna letală.

Înțelegerea acestor afecțiuni genetice ne ajută să apreciem complexitatea sistemelor biologice și importanța funcționării corecte a mecanismelor genetice pentru o viață sănătoasă.

Diversitatea lumii vii

Organismele vii sunt clasificate în funcție de asemănări în unități numite taxoni: specie, gen, familie, ordin, clasă, încrengătură și regn. Lumea vie este împărțită în cinci regnuri principale: Procariota (Monera), Protista, Fungi, Plante și Animale.

Virusurile sunt entități biologice infecțioase, fără metabolism celular propriu. Ele constau dintr-un înveliș (capsidă) și material genetic (ADN sau ARN). În funcție de materialul genetic, există adenovirusuri (ADN) și ribovirusuri (ARN). Bolile produse de virusuri se numesc viroze (gripa, SIDA).

Regnul Procariota (Monera) cuprinde organisme unicelulare simple:

• Cianobacteriile $algele albastre-verzi$
• Bacteriile (arhebacterii și eubacterii)

Regnul Protista include organisme eucariote, majoritatea acvatice:

• Euglenele (euglena verde)
• Algele (verzi, brune, aurii)
• Sporozoare (plasmodiul malariei)

Regnul Fungi (ciupercile) cuprinde organisme heterotrofe cu corp numit miceliu:

• Ascomicete (drojdia de bere)
• Bazidiomicete (ciupercile cu pălărie)

Fascinant! Ciupercile sunt mai înrudite cu animalele decât cu plantele, având în comun modul de nutriție și capacitatea de a sintetiza chitină.

Regnul Plante include organisme autotrofe, adaptate inițial mediului terestru:

• Plante avasculare: mușchii (briofite)
• Plante vasculare: ferigi (pteridofite), gimnosperme (conifere) și angiosperme (plante cu flori)

Angiospermele se împart în monocotiledonate (embrion cu un cotiledon) și dicotiledonate (embrion cu două cotiledoane).

Regnul Animal

Regnul Animal cuprinde cea mai mare diversitate de organisme, împărțite în nevertebrate și vertebrate.

Nevertebratele nu au coloană vertebrală și includ:

1. Celenteratele - organisme acvatice cu simetrie radiară (hidra de apă dulce, meduza)

2. Viermii:

   • Viermii lați (tenia)
   • Viermii cilindrici (limbricul)
   • Viermii inelați (râma, lipitoarea)

3. Moluștele - au corp moale, majoritatea protejat de o cochilie:

   • Gasteropode (melcul)
   • Lamelibranhiate (scoici, midii)
   • Cefalopode (caracatița)

4. Artropodele - cele mai numeroase animale, cu corp segmentat și picioare articulate:

   • Arahnide (păianjeni)
   • Crustacee (racul)
   • Insecte (albina, fluturele)

Vertebratele au schelet intern cu coloană vertebrală:

1. Peștii - organisme acvatice cu corp acoperit cu solzi, respirație branhială și inimă cu două camere

2. Amfibienii - adaptați atât mediului terestru cât și celui acvatic:

   • Urodele (salamandra)
   • Anurele (broasca)

Știai că? Amfibienii sunt singurele vertebrate care trec printr-o metamorfoză completă, transformându-se dintr-un mormolocă acvatic cu branhii într-un adult terestru cu plămâni!

Această diversitate extraordinară a lumii vii demonstrează adaptabilitatea vieții la cele mai variate condiții de mediu, rezultat al miliardelor de ani de evoluție.