În lumea lui Celulă (biologie), putem găsi o mare varietate de elemente care ne permit să le explorăm și să le aprofundăm semnificația. De la origini și până în prezent, Celulă (biologie) a jucat un rol fundamental în viața oamenilor, având un impact semnificativ asupra mai multor aspecte. De-a lungul istoriei, Celulă (biologie) a fost subiect de studiu, dezbatere și controversă, ceea ce a contribuit la îmbogățirea cunoștințelor pe această temă. În acest articol, ne vom adânci în lumea lui Celulă (biologie) pentru a înțelege importanța, evoluția și relevanța sa în societatea actuală.
Acest articol sau secțiune are mai multe probleme. Puteți să contribuiți la rezolvarea lor sau să le comentați pe pagina de discuție. Pentru ajutor, consultați pagina de îndrumări.
Nu ștergeți etichetele înainte de rezolvarea problemelor. |
Celula este unitatea de bază structurală, funcțională și genetică a tuturor organismelor vii. Aceasta a fost descoperită de către Robert Hooke. Este cea mai mică unitate a vieții, care poate fi clasificată ca o vietate și este adesea numită bloc de viață. Unele organisme, cum ar fi cele mai multe bacterii, sunt unicelulare (constau dintr-o singură celulă). Alte organisme, cum ar fi oamenii, sunt multicelulare.
Un om are aproximativ 100 bilioane sau 1014 celule; dimensiunea tipică a celulei este de 10 µm, iar masa tipică celulei este de 1 nanogram. Cea mai lungă celulă umană este de aproximativ 135 µm și se găsește în cornul anterior din măduva spinării, în timp ce celulele granulare din cerebel, cele mai mici, pot avea circa 4 µm. Cea mai lunga celulă poate ajunge de la degetul de la picior la partea inferioară a trunchiului cerebral.
Cele mai mari celule cunoscute sunt celulele de ou de struț nefertilizate, care se cântăresc aproximativ 1,5 kg. Acestea nu au proprietatea de a face proteine.
În 1835, înainte ca teoria finală despre celulă să fie dezvoltată, Jan Evangelista Purkinje a observat mici "granule", în timp ce privea prin microscop țesuturi de plante. Teoria celulară, dezvoltată pentru prima oară în 1839 de către Matthias Jakob Schleiden si Theodor Schwann, afirma că toate organismele sunt compuse din una sau mai multe celule, că toate celulele provin din celulele preexistente, că funcțiile vitale ale unui organism au loc in interiorul celulelor, și că toate celulele conțin informațiile ereditare necesare pentru reglarea funcțiilor celulare și de transmitere a informațiilor pentru următoarea generație de celule.
Cuvântul celulă provine de la cuvântul latin cellula, care înseamnă, o cameră mică. Termenul descriptiv pentru cea mai mică structură de viață biologică, a fost inventat de către Robert Hooke într-o carte pe care a publicat-o în 1665, când a comparat celulele de plută pe care le-a văzut prin microscopul său cu micile camere de locuit ale călugărilor.
Pentru celulă au fost date numeroase definiții. Astfel chiar aceiași autori (Toma C. și Niță Mihaela în „Celula vegetală”, Editura Universității „Al. I. Cuza”, Iași, 1995) dau două definiții diferite în funcție punctul de vedere din care este abordată problema. Aceste definiții sunt:
Există două tipuri de celule: procariote și eucariote. Celulele procariote sunt, de obicei, independente, în timp ce celulele eucariote sunt adesea găsite în organisme multicelulare.
Procariote | Eucariote | |
---|---|---|
Tipuri de organisme | bacterie, archaea | protiste, ciuperci, plante, animale |
Dimensiuni | ~ 1–10 µm | ~ 10–100 µm (spermatozoizi, separați de coadă, sunt mai mici) |
Tipul nucleului celular | fără nucleu individualizat | nucleu cu membrană dublă |
ADN | circular (în general) | cromozomi lineari cu proteine histone |
ARN-/sinteza proteinelor | cuplat în citoplasmă | sinteză de ARN în nucleu sinteză de proteine în citoplasmă |
Ribozomi | 50S+30S | 60S+40S |
Structură citoplasmatică | structură simplă | structură complexă cu membrane intracitoplasmatice și citoschelet |
Mișcarea celulelor | flagel făcut din flagelină | flagelară și ciliară făcută de tubulină; |
Metabolism | anaerob, aerob | de obicei aerob |
Mitocondria | nu are | de la una până la câteva mii (cu toate acestea unele duc lipsă de mitocondrii) |
Cloroplaste | nu are | în alge și plante |
Organizare | de obicei celule izolate | celule izolate, colonii, organisme evoluate multicelulare cu celule specializate |
Diviziunea celulelor | diviziune binară (diviziune simplă) | Mitoză (pentru celulă somatică) Meioză (pentru formarea gameților) |
Celula procariotă este mai simplă și mai mică decât o celula eucariotă. Este lipsită de nucleu individualizat, și de cele mai multe organite ale celulei eucariote. Există două tipuri de procariote: bacteriile si archaea; amândouă au o structură similară. Materialul nuclear al celulelor procariote constă dintr-un singur cromozom, care este în contact direct cu citoplasma. La aceste celule, regiunea nucleară nedefinită din citoplasmă se numește nucleoid.
O celulă procariotă are trei regiuni arhitecturale:
Plantele, animalele, ciupercile, mucegaiurile, protozoarele și algele sunt toate eucariote. Aceste celule sunt de aproximativ 15 ori mai mari decât o procariotă tipică și pot avea volumul de 1000 de ori mai mare. Diferența majoră dintre procariote și eucariote este că celulele eucariote conțin compartimente legate de membrană în care pot avea loc activități specifice metabolice. Cea mai importantă dintre acestea este nucleul celular, un compartiment delimitat de membrană, care adăpostește ADN-ul celulelor eucariote. Acest nucleu dă eucariotei numele ei. Alte diferențe pot fi:
Celulă tipică animală | Celulă tipică vegetală | |
---|---|---|
Organite |
|
Toate celulele, indiferent dacă sunt procariote sau eucariote, au o membrană care înconjoară celula, separă interiorul acesteia de mediul său, reglementează ceea ce trece înăuntru și afară (permeabilitate selectivă) și menține potențialul electric al celulei. Toate celulele posedă ADN (materialul ereditar de gene) și ARN (care conține informațiile necesare pentru construirea diferitelor proteine cum ar fi enzimele, mașinăriile primare ale celulelor). În celule există de asemenea și alte tipuri de biomolecule. Lista de mai jos conține componentele principale ale celulei.
Citoplasma acționează în organizarea și menținerea formei celulei; ancorează organitele în loc; are rol în timpul endocitozei, absorbția de materiale externe, de către o celulă, și citochineză, separarea celulelor imature după diviziunea celulară; și mută părți din celulă în procesele de creștere și de mobilitate. Citoscheletului eucariotelor este compus din microfilamente, filamente intermediare și microtubuli. Există un număr mare de proteine asociate acestora, fiecare controlând structura unei celule prin îndrumarea, gruparea și alinierea filamentelor. Citoscheletului procariotelor este implicat în menținerea formei celulei, polaritate și citochineză.
Citoplasma celulei este înconjurată de o membrană celulară sau membrană plasmatică. Membrana plasmatică din plante și procariote este de obicei acoperită de un perete celular. Această membrană are rolul de a separa și de a proteja o celulă de mediul său înconjurător și în general este formată dintr-un strat dublu de lipide (hidrofil - asemănătoare celulelor de grăsime) și molecule cu fosfor hidrofil; stratul se numește fosfolipid bistratificat. Integrate în cadrul acestei membrane sunt o varietate de proteine moleculare care acționează ca și canale și pompe facilitând mișcarea diferitelor molecule la intrarea și ieșirea din celulă. Membrana are permeabilitate selectivă, în sensul că poate să fie substanțe (moleculă sau ioni)care pot trece nestingherite, pot trece într-o măsură limitată sau nu pot trece. Membranele de pe suprafața celulară conțin de asemenea proteine receptoare care permit celulelor să detecteze molecule de semnalizare externe, cum ar fi hormonii.
La unele celule, citoplasma prezintă diferite prelungiri acoperite de plasmalemă. Acestea pot fi temporare și neordonate, cum ar fi pseudopodelor (leucocitele), sau permanente: microvili (epiteliul mucoasei intestinale, epiteliul tubilor renali), cili (epiteliul mucoasei traheei), desmozomi - corpusculi de legătură care solidarizează celulele epiteliale.
Există două tipuri diferite de material genetic: acidului dezoxiribonucleic (ADN) și acidul ribonucleic (ARN). Cele mai multe organisme folosesc ADN-ul pentru stocarea informaților pe termen lung, dar unii viruși (de exemplu, retroviruși) au ARN ca material genetic. Informațiile biologice cuprinse într-un organism sunt codificate în secvența ADN sau ARN. ARN-ul este, de asemenea, utilizat pentru transportul de informații (de exemplu, mRNA) și funcții enzimatice (de exemplu, ARN ribozomal) în organisme care utilizează ADN pentru codul genetic in sine. Moleculele ARN de transfer (ARNt) sunt folosite pentru a adăuga aminoacizi în timpul interpretării proteinelor.
Materialul genetic al procariotelor este organizat într-o moleculă de ADN circular simplu (cromozom bacterial), în regiunea nucleoidului din citoplasmă. Materialul genetic al eucariotelor este împărțit în diferite molecule liniare numite cromozomi în interiorul unui nucleu separat, de obicei, cu material genetic suplimentar în unele organite cum ar fi mitocondriile si cloroplastele.
O celula umana conține material genetic în nucleul celulei (genomul nuclear) și în mitocondrii (genomul mitocondrial). La om genomul nuclear este împărțit în 23 de perechi de molecule de ADN liniar numite cromozomi. Genomul mitocondrial este o molecula de ADN circular distinct de ADN-ul nuclear. Cu toate acestea ADN-ul mitocondrial este foarte mic în comparație cu cromozomi nucleari.
Materialul genetic străin (cel mai frecvent ADN) poate fi, de asemenea, introdus artificial în celulă printr-un proces numit sintezare. Acest lucru poate fi trecător, în cazul în care ADN-ul nu este introdus în genomul celulei, sau stabil, în cazul în care există. Anumiți viruși introduc de asemenea materialul lor genetic în genom.
Celula este formată din diferite molecule cu rol diferit. În componența acestor molecule intră atomi reprezentând 63 elemente chimice. În funcție de proporția în care iau parte la formarea celulelor, elementele chimice se pot clasifica în:
Substanțele anorganice, sau minerale, sunt prezente în celulă atât sub formă de molecule, cât și sub formă de ioni. Ele impregnează unele membrane , polarizează membranele celulare, schimba proprietățile fizice ale protoplasmei
Sunt pilonii moleculari ai vieții, care constituie elementele structurale și funcționale și asigură organismele vii cu energie.
Aceste substanțe sunt cele mai importante, ele luând parte activ la toate procesele intracelulare.
Printre proprietățile care diferențiază materia vie de corpurile lipsite de viață se pot aminti:
Din substanța intercelulară în celulă pătrund substanțe nutritive: oxigen, glucoză, lipide, apă, săruri, iar din ea se elimină substanțe sub formă de deșeuri. Substanțele care intră în celulă participă la procesele de biosinteză. Biosinteza semnifică formarea proteinelor, glucidelor, lipidelor din substanțe mai simple, ce sunt specifice celulei date. De exemplu, în celulele mușchilor se formează niște proteine speciale, care le asigură contractilitatea. O dată cu biosinteza, în celule are loc și descompunerea substanțelor organice. În urma descompunerii se formează niște substanțe de structură mai simplă. Reacțiile de descompunere decurg cu participarea oxigenului (reacții de oxidare) și sunt însoțite de degajare de energie. Această energie se consumă în procesul activității vitale a celulei sub formă de energie chimică, termică, mecanică. Procesele de biosinteză și descompunere constituie metabolismul.
Această proprietate a materiei vii este reprezentată prin capacitatea oricărui corp viu de a răspunde, în mod activ, la unele modificări în mediul său de viață și, în general, la orice acțiune care îi tulbură echilibrul. Factorii de mediu care provoacă în celula vie tulburări reversibile sunt numiți excitanți. În celulele excitate se schimbă viteza proceselor de biosinteză și de descompunere a substanțelor, consumul de oxigen și temperatura. Celulele își îndeplinesc funcțiile lor firești numai în stare de excitație. Celulele grandulare produc și secretă anumite substanțe, cele musculare se contractă, în celulele nervoase apare un semnal electric foarte slab numit impuls nervos, care se propagă pe membranele celulare.
Diviziunea (în latină divisio, divisionis = diviziune, împărțire) se realizează pe două căi:
Diviziunea este procesul prin care o celulă ajunsa la maturitate (celula mamă) va da naștere la doua celule identice (celulele fiice) care vor avea cromozomi identici cu aceasta.
Diviziunea amitotică este caracteristică procariotelor. Ea reprezintă diviziunea care are loc fără fus de diviziune. Se poate întâlni și la unele eucariote cum ar fi: unele ciuperci (drojdiile), celule maligne, celule pe cale de regenerare, în gale (țesuturi ale plantelor).
Amitoza la procariote decurge astfel:
Amitoza poate decurge prin două moduri:
Diviziunea indirectă se realizează în prezența fusului de diviziune. Fusul de diviziune se formează din centrozom. Fusul de diviziune este format din fibre polare (mențin distanța dintre cei doi poli ai celulei) și kinetocorale (de acestea se atașează centromerii cromozomilor). Fusul de diviziune asigură distribuția echilibrată a cromozomilor în cele două celule fiice.
Diviziunea indirectă este de două tipuri:
Mitoza este diviziunea prin care din celula mamă iau naștere două celule fiice cu numărul de cromozomi egal cu cel al celulei mamă.
Mitoza presupune:
Are 4 faze:
Între meioza I și meioza II are loc o interfază scurtă fără sinteză de ADN, deoarece cromozomii sunt deja bicromatidici.
După finalizarea meiozei I are loc meioza II. Astfel, fiecare dintre celulele fiice rezultate în meioza I intră în meioza II.
Meioza II decurge ca o mitoză în celule haploide și presupune cariokineză și citokineză.
Meioza II are 4 faze:
La sfârșitul telofazei are loc și citokineza, iar în final, din cele două celule fiice haploide (exemplu: n=2 cromozomi bicromatidici) intrate în diviziune, rezultă 4 celule fiice haploide (exemplu: n=2 cromozomi monocromatidici).
Duce la formarea celulelor reproducătoare sexuate (gameți) și asexuate (spori).
Celula a fost descoperită de Robert Hook în 1665 care făcea studii pe tulpini de plută folosind microscopul. Acesta a observat că materialul dat a fost împărțit în mai multe compartimente, egale ce semănau cu niște cămăruțe. Acestea au primit numele de celule (lat. cella=camera) Antonie van Leeuwenhoek a observat primul organismele unicelulare într-o picătură de apă, folosind microscopul.Teoria celulară a fost enunțată pentru prima dată de Matthias Jakob Schleiden și Theodor Schwann în 1839. În 1858, Rudolf Virchow emite teoria sa, Omnis cellula ex cellula, potrivit căreia celulele apar în urma diviziunii celulare.