|
|
|
CELULA - UNITATEA STRUCTURALA SI FUNCTIONALA A VIETII
Celula este unitatea structurala functionala si genetica a materiei vii,capabila sa-si duca viata independent si interdependent.Cel care a introdus pentru prima oara notiunea de celula a fost Robert Hooke in anul 1665.
Mult mai tarziu,o data cu perfectionarea microscopului optic,a devenit posibil si studiul a catorva componete celulare precum:membrana,citoplasma,nucleul,vacuolele,etc.
Structura celulei plantelor,adica celula vegetala,a fost descrisa de catre M. Schleiden in 1838,si mai apoi a fost descrisa si celula animala de catre T.Schwann in 1839.Dupa putin timp a luat nastere teoria celulara,care sustine,in principal,ca toate plantele si animalele sunt alcatuite din celele nucleate.
Proprietati fizice ale celulei:
Celulele au diferite forme.Acestea pot fi sferive,ovale,cilindrice,prismatice,stelate,cubice,fusiforme, fusi-
forme,poliedrice,etc.
Dimensiunile celulelor-majoritatea celulelor nu se observa cu ochiul liber.Dimensiunea medie a celulelor
fiind de 10-100milimicroni.
Celulele se impart, dupa absenta sau prezenta unui nucleu individualizat in celule procariote si eucariote .
Celulele procariote nu au nucleul individualizat,delimitat de citoplasma printr-o membrana, ci doar
o masa nucleara numita nucleotid.Aceste celule sunt unitatea structurala a bacteriei.
Celulele eucariote au nucleul bine individualizat ,delimitat de o membrana.Aceste celule sunt cele vegetale sau animale.
Celula are o stare de sol-gel,avand permeabilitate selectiva.
Proprietati chimice ale celulei:
In compozitia chimica a celulei se gasesc peste 60 de elmente.Aceste elemte se impart in doua categorii.
a)microelemente-fier,zinc,mangan,magneziu,sodiu,potasiu
b)macroelemente-carbon,hidrogen,oxigen,sulf,fosfor
Substantele chimice pot fi,la randul lor,impartite in doua categorii.
a)organice-proteinele-substante complexe cu rol in construirea structurilor care compun organismul.
Au rol plastic.*Proteine cu rol special-enzimele-care se comporta precum niste catalizatori
cu rol in grabirea reactiilor biochimice.
-glucidele-substante care prin descompunere dau o mare cantitate de enrgie.Rol energetic.
-lipidele-substante cu rol mixt,care formeaza tesutul adipos.
-acizii nucleici-adn-ul-cu rol in stocarea si transmiterea infirmatiilor genetice.
b)anorganice-apa-care ocupa 60% din citoplasma.Are rol de solvent,permitand desfasurarea
reactiilor biochimice
Celula eucariota este alcatuita din mai multe componente, majoritatea aparute prin extinderea membranei in citoplasma.
La microscop electronic au putut fi idetificati toti constituentii celulei, fiecare avand o structura specifica.
Membrana plasmatica se gaseste la exteriorul citoplasmei. Ea delimiteaza celula, are rolul de protectie si mediaza schinburile de substante intre celula si mediu, avand permeabilitate selectiva
Citoplasma este substanta fundamentala a celulei care ocupa spatiul dinter membrana plasmatica si membrana nucleului
Reticulul edoplasmatic (R.E) este o retea de canaricule ramificate , pe alocuri dilate, care face legatura dintre membrana plasmatica si membrana nucleului. El are aspect neted sau rugos. In interior ,se afla o substanta in continua miscare , reticulul avand rolul unui aparat circulator intracelular, dar si rol mecanic. Reticulul endoplasmic este implicat in sinteza lipidelor si a proteinelor. Eset mai bine dezvoltat in celulele cu activitate metabolica intensa. Ex: celula hepatica.
Mitocondriile sunt asezate, de regula, in jurul nucleului, fiind mai numeroase in celulele cu activitate intensa. Ele au rol in respiratia celulara si sunt considerate "uzina energetica" a celulei, in care are loc oxidarea substantelor organice, cu eliberare de energie. Aceasta este inmagazinata in moleculele de ATP, sintezate prin fosforilarea ADP sub actiunea unei enzime, localizata pe cristele mitocondrale. Energia inmagazinata in moleculele de ATP alimenteaza toate procesele metabolicecelulare.
Mitocondria este o structura celulara
situata in citoplasma celulelor eucariote (celule cu un nucleu). 
Mitocondria este responsabila cu transformarea nutrimentelor in energie ce permite moleculelor de Adenozin Trifosfat (ATP) sa umple activitatile celulei. Aceasta functie cunoscuta si ca respiratia aeroba, este motivul pentru care mitocondria este numita uzina energetica a celulei. Mitocondria este un organit celular neobisniut care contine acid dexosiribonucleic (ADN), gasit in general la nucleul celulei, si ribozomi. Aceasta mai produce si proteine care abunda in citoplasma. In mitocondrie, ADN -ul dirijeaza ribozomii in asa fel, pentru ca acestia sa produca proteine, care in mare majoritate functioneaza ca enzime, sau catalizatori biologici, in productia de Adenozin Trifosfat (ATP). Numarul mitocondriilor intr-o celula difera in funtie de rolul celulei (functia acesteia). Celulele cu particularitati in solicitarea de energie, de catre organism, cum ar fi celulele muschilor, au mai multe mitocondrii ca oricare alta celula.
Structura Mitocondriei
Un mitocondrion ('scheletul' mitocondriei) este de obicei lung si subtire, dar poate fi vazut la microscopul electronic, sub forma de fasole sau ovala. Marimea acesteia este intre 0,5- 1 microni. Scheletul mitocondriei are o membrana dubla care formeaza un sac in interiorul altui sac. Membrana fina din exterior stocheaza numeroase proteine transportabile, care expediaza materialele in interiorul si in afara mitocondrionului. Regiunea dintre membranele externe si interne, care este umpluta cu lichid, este cunoscuta sub numele de compartimentul extern. Membrana interna are numeroase indoituri (cute) care se numesc cristae. Acestea sunt partile sintezei ATP- ului, si structura lor pliata creste aria unde sinteza ATP- ului are loc. Proteinele transportabile, moleculele numite lanturi de electroni, si enzimele care sintetizeaza ATP- ul se afla de-a lungul moleculelor care se afla in cristae.
Acestea (cristae) inchid o regiune umpluta cu lichid cunoscuta sub numele Matricea, care contine un numar mare de enzime care sunt folosite in procesul de respiratie aeroba.
Functia Mitocondriei
Functia de baza a mitocondriei este sa creeze energie pentru activitatea celulara pe langa procesul de respiratie aeroba. In acest proces, glucoza este sfaramata de catre celulele din citoplasma pentru a forma un acid piruvic, care este transportat in mitocondrion. Intr-o serie de reactii, in care o parte este numita ciclul acidului citric sau ciclul Krebs, acidul piruvic reactioneaza cu apa pentru a produce dioxid de carbon (CO2) si zece atomi de hidrogen.
Acesti atomi de hidrogen sunt transportati pe o cariera transportoare speciala de molecule, numite coenzimi, spre cristae, unde acestea sunt donate lantului de transport al electronilor.
Acest lant de electroni separa electronul si protonul in fiecare din cei zece atomi de hidrogen. Cei zece electroni separati sunt trimisi prin lantul transportor si unii, eventual, se combina cu oxigenul (O2) si cu protonii pentru a forma apa (H2O).
Energia este eliberata in timp ce electronii curg din coenzimi de-a lungul lantului transportor de elctroni catre atomii de oxigen, si aceasta energie este blocata de catre componentele lantului transportor. In timp ce electronii curg de la un component la altul , componentele pompeaza protoni in mod aleatoriu de la matrice la compartimentul extern. Protonii nu se pot intoarce la matrice cu exceptia unuia cere este punte de legatura prin enzimea ATP, care este localizata in membrana interioara.
Respiratia aeroba este un proces care continua, astfel ca mitocondria poate produce sute si mii de molecule de ATP la fiecare minut in fiecare celula tipica. ATP- ul este transportat in citoplasma celulei, unde este folosit in fiecare reactie la care participa. In timp ce ATP- ul este folosit, acesta este transformat in ADP, care este returnat de catre celula in mitocondrion si este folosit pentru a produce mai mult ATP.
Originea Mitocondriei
Mitocondria are trasaturi semnificative care seamana cu cele ale procariotelor, celule primitive carora le lipseste nucleul. ADN- ul mitocondrial este circular, ca ADN- ul procariotelor, si ribozomii mitocondriali care sunt similari ribozomilor procariotelor. Mitocondria se divide independent de celula prin intermediul fisiunii binare, metoda a diviziunii celulei tipica procariotelor.
Procariotele ca trasaturile mitocondriei conduc multi savanti sa sustina ipoteza endosimbiozei. Ipoteza afirma ca acum milioane de ani in urma, procariotele traiau libere fiind capabile de respiratie aeroba erau inghitite de altele(mai mari) dar nu si digerate, acest lucru nefiind posibil din cauza ca acestea erau rezistente enzimelor. Cele doua celule au developat o relatie simbiotica sau cooperativa in care nutrimentele erau inghitite pentru a sustine respiratia aeroba, care furniza celulei gazda surplusuri de ATP.
Celulele inghitite au evoluat in mitocondria de astazi, care retin ADN si ribozomi caracteristic stramosilor lor procariotici.
Cercetari Recente Asupra Mitocondriei
ADN- ul in mitocondrie este folosit pentru a da de urma unor boli genetice , si pentru a da de urma organismelor antice care contin celule eucariote. La multe specii de animale, mitocondria tinde sa urmeze o mostenire parinteasca. Cand o celula se divide, mitocondria se replicheaza independent de nucleu. Cele doua celule fiice formate dupa diviziunea celulei, fiecare primind jumatate de mitocondrie cat timp citoplasma se divide. Cand un ou este fertilizat de o sperma, sperma mitocondriei este lasata in afara oului. Zigotul fertilizat mosteneste doar mitocondria materna. Aceasta mostenire materna creeaza un arbore genealogic care nu este afectat de catre tipica amestecare a genelor care are loc intre partea materna si cea paterna.
Cat timp ADN- ul din mitocondrie directioneaza sinteza enzimelor pentru respiratia aeroba, aceasta deasemenea codifica pentru proteine, lucru important in sistemul nervos, si cel circulator si pentru alte functii ale corpului. Un numar de boli genetice, incluzand diabetul, boala inimii, sindromul Alzheimer, Parkinson- ul, si Neuropatia Ereditara Optica a lui Leber, o conditie a insuficientei optice (individul nu mai vede) partiala sau totala, sunt asociate cu mutatii in ADN- ul mitocondrial. O specialitate medicala relativ noua este Medicina Mitocondriala, care cauta sa inteleaga rolul mutatiilor ADN- ului mitocondrial in bolile genetice.
O recenta comparatie a mostrelor de ADN uman si mitocondrial sugereaza ca oamenii au derivat dintr-o femeie care a trait in Africa acum circa 140000 sau 290000 de ani in urma. Mostre genetice luate din etniile africane, asiatice, australiene, europene si din cele din Noua Guinee releva un numar specific de tipuri de ADN mitocondrial. Comparatia dintre aceste tipuri de ADN au dus savantii sa construiasca un arbore genealogic care arata cand fiecare grup a evoluat probabil din cel precedent. In acest arbore, ADN- ul mitocondrial african ocupa cele mai intinse si vechi ramuri, dand viata celorlalte grupuri etnice.
Probabil ca in acea vreme existau multe alte femei a asa numitei Eve mitocondriale, dar liniile lor maternale mostenite au murit.
Acest lucru se intampla atunci cand o generatie dintr-o famile nu poate avea o fiica.
Un alt folos al ADN- ului mitocondrial este in stiinta legala (judiciara).
Cu ajutorul acestuia (ADN mitocondrial) s-au identificat structura scheletilor familiei Tarului Nicolae al II- lea.
ADN- ul mitocondrial al unei rude materne a tarului (inca in viata) se potrivea exact cu ramasitele sotiei tarului, Alexandra, si celor trei copii.
Dar din cauza ca ADN- ul mitocondrial a fost mostenit doar pe linie materna, ADN- ul mitocondrial al tarului nu s-a potrivit cu al copiilor si sotiei tarului.
Aparatul Golgi este asezat tot in apropierea nucleului. El este format din niste cisterne plate in forma de disc, dilatate la capete si inconjurate de vezicule. I se atribuie rol secretor, fiind dezvoltat mai ales in celulele secretoare. El selecteaza unele proteine sintetizate la nivel R.E si este inplicat si in formarea membranei celulare.Ribozomii au fost descoperiti de catre savantul american de origine romana George Emil Palade, laureat al premiului Nobel. Robozomii sunt sferici, liberi sau atasati de reticulul endoplasmic. Contin ARN, proteine si au rol in sinteza proteinelor.
Lizozomii sunt corpusculi foarte mici care stocheaza peste 40 de enzime digestive. Cand membrana lor impermeabila se rupe, enzimele sunt puse in libertate si devin active. Ele distrug particulele straine si unele componente celulare. Deci ua rol in digestia celulara si sunt considerati "maturatori" ai celulelor. Lizozomiise gasesc in numar mare in leucocite si celulele imbatranite.Nucleul este de obicei sferic, situat central si unic. El este inconjurat de o membrana nucleara dubla ,strabatuta de pori care se face schinbul intre nucleu si citoplasma. In interior se afla o substanta nucleara numita nucleoplasma si 1-2 nucleoli sferici ,cu indice de refractie mai mare decat restul nucleului. In nucleoplasma exista un filament subtire, foarte lung si incalcit, format din ADN si proteine. La inceputul divviziunii celulei, aceasta se condenseaza si sunt evidentiati cromozomii, purtatorii zestrei ereditare. Nucleul contine mai mult de 90% din cantitatea de acizi nucleici din celula si poarta informatia pentru sinteza proteinelor.
Centrul celular (centrozomul) se intalnestee la majoritatea celulelor si este situat in apropierea nucleului, avand rolul in diviziunea celulara. In alcatuirea lui apar 1-2 corpusculi numiti centrioli.
Incluziunile sunt produsi rezulati din activitatea metabolica a celuei .
Constituenti celulari specifici plantelor:
Constituenti specifici celulelor vegetale sunt: plastidele, vocuolele si peretele celular.
Plastidele sunt sferice sau ovale si au rolul in nutritie. Se cunosc 3 tipuri:
a. cloroplastele care contin clorofila si au rol in fotosinteza
b. clomoplastele care contin pigmenti galbeni, portocali, rosii si dau culoare plantelor, fructelor etc.
c. Leucoplastele care sunt incolore si au rolul in sinteza si depozitarea unor substante; cele care depoziteaza amidonul si lipidele se numesc amiloplaste, respectiv oleoplaste.
Vacuolele sunt vezicule pline cu suc vacuolar - o solutie de saruri minerale, glucide, acizi organici, enzime etc. Ele se gasesc si in celulele animale, dar sunt mai mici si au caracter temporar. In celulele vegetale vacuolele sunt mari si au cracter permanent.
Peretele celular este specific celulelor plantelor, bacteriilor si ciupercilor. El se formeaza cu participarea membranei plasmatice , fiind alcatuit din molecule lungi de celuloza grupate in manunchiuri, inglobate intr-o matrice formata din pectina si heimceluloza.
Constituentii celulari sint in stransa legatura unii cu altii. Fiecare constituent are o structura specifica si un anumit rol in viata celulei.
