Celula

Dezambiguizare - „Celule” se referă aici. Dacă sunteți în căutarea municipiului francez, consultați Cellule (Franța) .

Desenul structurii de plută așa cum i-a apărut lui Robert Hooke , care a observat-o la un microscop rudimentar. Această imagine, conținută în lucrarea sa Micrographia , se află la originea utilizării termenului de celulă pentru a indica unitatea fundamentală a organismelor vii.

Celule epiteliale observate la microscopul de fluorescență confocal

Celula este unitatea morfologic-funcțională a organismelor vii ^[1] , precum și cea mai mică structură care poate fi clasificată ca vie (definiție acceptată acum în unanimitate).

Unele organisme, cum ar fi bacteriile sau protozoarele , sunt alcătuite dintr-o singură celulă și definite ca unicelulare . Celelalte, ca și omul (alcătuit din aproximativ 100.000 miliarde (10 ¹⁴ ) de celule), sunt multicelulare . Organismele multicelulare majore aparțin în mod obișnuit regatelor animale , vegetale și fungice .

Celulele organismelor unicelulare au de obicei caractere morfologice uniforme. Odată cu creșterea numărului de celule ale unui organism, celulele care îl compun se diferențiază prin formă, dimensiune, relații și funcții specializate, până la constituirea țesuturilor și a organelor .

Istorie

Același subiect în detaliu: teoria celulei .

Termenul de „celulă” este legat de analogia pe care și-a imaginat-o Robert Hooke între microstructurile pe care le-a observat în dop, folosind un microscop din propria invenție, și camerele mici care caracterizează multe mănăstiri. Cartea sa Micrographia din 1664 , în care descrie morfologia cavităților lăsate goale de celulele dopului, acum moarte, este, prin urmare, primul text în care acest termen este folosit în referință la o unitate biologică. ^{[3] Abia} două secole mai târziu au fost puse bazele teoriei celulare moderne. În 1831 botanistul scoțian Robert Brown a descris la un congres primul organel care a fost identificat: nucleul . ^[4] Ulterior, utilizarea termenului de citoplasmă a fost de asemenea propusă pentru a indica spațiul celular intern dintre membrana plasmatică și nucleu.

La sfârșitul deceniului , Matthias Jakob Schleiden și Theodor Schwann au dezvoltat ideile originale ale teoriei celulare, conform cărora toate organismele sunt compuse din una sau mai multe celule. Conform acestei teorii, toate funcțiile vitale de bază ale unui organism au loc în interiorul celulelor, care posedă informațiile genetice necesare pentru reglarea funcțiilor celulare și pentru a transmite informațiile generației următoare. În special, conform ipotezelor ulterioare ale lui Rudolph Virchow ( 1855 ), fiecare celulă poate proveni numai din celule preexistente ( omnis cellula ex cellula ). ^[5]

Note generale

Celule de șoarece cultivate în plăci. Celulele, care sunt aranjate în mase compacte, au toate un diametru uniform și nu mai mult de 10 microni

Fiecare celulă poate fi definită ca o entitate închisă și autosuficientă: este de fapt capabilă să ia substanțe nutritive , să le transforme în energie , să îndeplinească funcții specializate și să se reproducă dacă este necesar. Pentru a face acest lucru, fiecare celulă conține toate informațiile necesare în interior. Există ADN în celule.

Celulele sunt mai întâi împărțite în două tipuri: eucariote , adică cu o membrană care separă nucleul propriu-zis de citoplasmă și procariote , fără o astfel de membrană și cu ADN liber în citoplasmă, într-o regiune numită nucleoid . Cel de-al doilea tip aparține doar organismelor unicelulare, cum ar fi bacteriile , cianobacteriile și arheele . Primele tind să fie mai mari și mai organizate și, deși apar și în organismele unicelulare (cunoscute sub numele de protiști ), sunt caracteristice organismelor multicelulare.

Toate celulele prezintă câteva caracteristici comune: ^[6]

• reproducere prin diviziune celulară ( clivaj binar / mitoză sau meioză );
• utilizarea enzimelor și a altor proteine (sau acizi nucleici ) produse pornind de la genele prezente pe ADN , folosind un transcript ARN ( dogma centrală a biologiei moleculare ) ca intermediar ADN / proteină;
• metabolismul , care permite celulelor să încorporeze materii prime și să construiască componente celulare în ele, să extragă energie din ele și să elibereze deșeuri; funcționarea unei celule depinde de capacitatea acesteia de a extrage și utiliza energia chimică conținută în moleculele organice (această energie este eliberată în timpul căilor metabolice );
• răspunsul la stimulii interni și externi, cum ar fi modificările de temperatură , pH sau nivelurile de nutrienți sau hormoni ;
• conținutul celular închis într-o membrană plasmatică , compusă dintr-o foaie de fosfolipidă dublă.

Unele celule procariote conțin importante compartimente interne închise în membrane, ^[7] dar numai celulele eucariote au în general diferite compartimente interne închise de membrane fosfolipidice (numite organite). Schimbul de materiale între aceste regiuni diferite este asigurat de sisteme complexe de transport a veziculelor mici, cum ar fi cea a kininelor . ^[8]

Dimensiunea celulei

Mărimea majorității celulelor variază de la 1 micrometru la câteva zeci, ceea ce le face, de obicei, să nu poată fi identificate cu ochiul liber. Multe ouă sunt excepția. Dintre organismele existente, cele mai mari celule sunt gălbenușurile de ouă de struț , de dimensiunea unui baseball, cele mai lungi sunt probabil celule nervoase prezente în gâtul girafelor , care pot ajunge la 3 metri. ^[9]

Există motive fiziologice care stau la baza mărimii majorității celulelor: o creștere a diametrului de n ori ar duce la o creștere a suprafeței celulei de aproximativ n² ori, cu o consecință a posibilității mai mari de schimburi cu exteriorul (atât în ​​ceea ce privește hrana, cât și risipa eliminare), dar și o creștere a volumului de n³ ori. Deoarece creșterea suprafeței celulei nu este proporțională cu cea a volumului, prin urmare, o celulă care este prea mare ar risca să moară din cauza malnutriției sau a eliminării ineficiente a deșeurilor. Membranele multor celule sunt pliate pe scară largă pentru a permite o creștere a suprafeței de schimb fără o creștere mare a volumului intern (și, prin urmare, a nevoilor).

Forma celulei

Forma unei celule depinde de factori fizici și funcționali. Dacă o celulă se află într-un mediu apos, aceasta tinde să ia o formă sferică datorită tensiunii superficiale ; celulele pot avea, de asemenea, o formă turtită dacă sunt afectate de presiunea straturilor celulare suprapuse (ca în cazul celulelor epiteliale ). Există, de asemenea, o relație strânsă între forma unei celule și funcția acesteia: fibrele musculare sunt oarecum alungite pentru a efectua contracția; neuronii au o structură puternic ramificată pentru a putea primi (prin dendrite) informații provenind din fiecare parte a corpului.

Tipuri de celule

Diferențe fundamentale între celula eucariotă și procariotă

Tabelul de mai jos prezintă principalele diferențe dintre celulele procariote și celulele eucariote.

Celula procariotă

Același subiect în detaliu: celula procariotă .

Diagrama unei celule procariote tipice

Există două tipuri de celule procariote care, conform propunerii taxonomice din 1990 a lui Carl Woese , constituie două dintre cele trei domenii vii: Eubacteria (uneori pur și simplu Bacteria ) și Archaea . Cu toate acestea, nu există diferențe structurale substanțiale între aceste două domenii. Principalele structuri care caracterizează celulele procariote sunt trei.

• Prezența unuia sau mai multor anexe numite flageli și / sau pili (structuri proteice care ies din suprafața celulei).
• Un container de celule format dintr-un perete celular și / sau capsulă , bariere suplimentare către exterior. Componentele containerului pot fi extrem de variabile. Dacă membrana plasmatică este prezentă în toate celulele procariote, acestea diferă foarte mult în prezența și / sau compoziția capsulei și a peretelui. Peretele celular procariot poate fi de două tipuri: Gram-pozitiv sau Gram-negativ . Pereții Gram-pozitivi, dacă sunt colorați cu colorantul violet cristal și apoi clătiți, păstrează culoarea. În timp ce cele Gram-negative nu sunt. Diferența constă în compoziția peretelui. Atât Gram-pozitiv, cât și Gram-negativ au un strat exterior numit peptidoglican, care este rezultatul unirii a doi acizi și a unor resturi de aminoacizi. Peptidoglicanul Gram-pozitiv este foarte gros, în timp ce cel al Gram-negativ, pe lângă faptul că este mai subțire, este depășit de un strat de LPS (lipopolizaharidă).
• O regiune citoplasmatică lipsită de un nucleu și / sau organite , care conține în principal genomul și ribozomii . Un cromozom procariot este de obicei o moleculă circulară. Chiar și fără un nucleu adevărat, ADN-ul este condensat într-un nucleoid . Procariotele pot avea elemente ADN extracromozomiale numite plasmide , care sunt de obicei circulare și pot aduce capacități suplimentare, cum ar fi rezistența la antibiotice . Funcțiile pe care organelele le îndeplinesc în eucariote, în procariote sunt efectuate în jurul membranei plasmatice .

Celulă eucariotă

Același subiect în detaliu: Eukaryota .

O celulă eucariotă tipică are de obicei o dimensiune de aproximativ 10 ori mai mare decât o celulă procariotă tipică, cu un volum global al celulei care poate fi deci chiar de 1000 de ori mai mare. Principala caracteristică a celulelor eucariote, care le deosebește de celulele procariote, este prezența unei remarcabile compartimentări interne, constând în prezența veziculelor și invaginațiilor închise de membrane fosfolipidice în care au loc activități metabolice specifice. Cel mai important compartiment este, fără îndoială, nucleul celular , un organit în care este stocat ADN celular și care dă celulei numele său (din greaca ευ, bun / adevărat și κάρυον, nucleu).

Structural, celulele eucariote diferă semnificativ de procariote în trei regiuni.

• Membrana plasmatică este foarte asemănătoare cu cea procariotă ca structură și funcție. Peretele celular, pe de altă parte, nu este prezent, cu excepția celulei vegetale (care are însă o compoziție profund diferită).
• ADN-ul eucariot este organizat în molecule liniare numite cromozomi , asociați cu histone și conținut în întregime în nucleu. Unele organite eucariote (cum ar fi mitocondriile și cloroplastele) pot conține, de asemenea, ADN.
• Eucariotele pot folosi cilii și flagelii pentru a se deplasa, deși structura lor este mult mai complexă decât cea a proeminențelor procariote.

Celulă animală

Diagrama unei celule animale

Celulă animală observată la microscopul cu lumină. În centru nucleul este vizibil

Celula animală este o celulă eucariotă care, datorită unor aspecte, este diferită de celula vegetală :

• Absența unui perete celular , dar numai prezența unei membrane celulare .
• Prezența lizozomilor : reprezintă sistemul digestiv al celulei, deoarece sunt responsabili de degradarea și digestia (distrugerea) moleculelor străine și macromoleculelor ingerate de celulă în sine prin endocitoză , precum și macromoleculelor endogene.
• Prezența centriolilor: acestea intervin în momentul duplicării celulare și sunt responsabile pentru o dispunere ordonată a organelor celulare.
• Prezența flagelilor : permit celulei să efectueze diferite tipuri de mișcări.
• Absența plastidelor și vacuolelor, tipice celulelor vegetale.
• Prezența vacuolelor micropinocitice utile pentru încorporarea picăturilor de substanțe lichide (pinocitoză).

Organele celulare

• Membrana celulara
• Desmosome
• Peroxisomii
• aparate Golgi
• Ribozom
• Reticul endoplasmatic ridat
• Reticul endoplasmatic neted
• Lizozomi
• Nucleu
  • Membrana nucleara
  • Porul nuclear
  • ADN
    • Cromatina
  • ARN

Celula plantei

Același subiect în detaliu: Celula vegetală .

Diagrama unei celule vegetale

Celulele eucariote, după cum sa menționat deja, pot presupune morfologii foarte diferite între ele. În special, majoritatea diferențelor există între celulele vegetale și celulele animale.

Anatomia celulei

Localizarea diferitelor districte celulare prin utilizarea proteinei fluorescente verzi

Toate celulele, atât procariote, cât și eucariote, sunt închise de o membrană care le protejează de mediul extern și își păstrează potențialul electric. În interiorul membranei se află citoplasma , o substanță salină care ocupă cea mai mare parte a volumului. Toate celulele folosesc acizi nucleici ( ADN și ARN ) pentru a stoca și transmite informațiile genetice necesare pentru a produce proteine și enzime necesare funcționării celulei. Există numeroase alte biomolecule și compartimente prezente în celulă. Iată câteva dintre cele mai importante.

Membrana celulară

Același subiect în detaliu: Membrana celulară .

Membrana celulară (numită și membrană plasmatică sau plasmalemă) este o căptușeală subțire care delimitează toate celulele , separându-le și protejându-le de mediul extern. Această acoperire este compusă în principal dintr-un strat dublu de fosfolipide , molecule care conțin regiuni hidrofobe (orientate spre interiorul membranei) și hidrofile (orientate spre exterior). Din acest motiv, membrana este adesea denumită o foaie dublă de fosfolipidă sau bistrat fosfolipidic .

Numeroase molecule de proteine ​​și glicoproteine (pe lângă colesterol și diferite glicolipide ) sunt încorporate în structura lipidică a membranei. Aceste macromolecule, care se pot deplasa liber în interiorul membranei în sine (motiv pentru care structura sa este definită ca un mozaic fluid ), pot acționa ca canale sau pompe care transportă moleculele în sau din celulă. Pe suprafața membranei există, de asemenea, numeroși receptori , proteine ​​care permit celulei să răspundă prompt la semnale (de obicei hormonale ) care vin din exterior.

Diagrama membranei celulare

Membrana este numită semi-permeabilă , deoarece este capabilă să permită unei substanțe să treacă liber, să treacă într-o anumită cantitate sau să nu treacă deloc. În organismele procariote este acoperit de un strat protector numit peretele celular , care este absent în eucariotele animale; în celulele eucariote vegetale este prezent sub forma unui perete celular primar (compus în principal din pectină ) și a unui perete celular secundar (compus în principal din lignină ).

Citoplasma și citoscheletul

Același subiect în detaliu: Citoplasma , Citoscheletului si Centrozom .

Citoplasma este o soluție apoasă cu o consistență gelatinoasă în interiorul căreia se află diferitele organite care alcătuiesc celula. Aceste organite sunt ancorate de o structură proteică cunoscută sub numele de citoschelet . Are în primul rând funcția de organizare și menținere a formei celulei. Printre alte funcții, contribuie într-un mod decisiv la transportul moleculelor în interiorul celulei, transportându-le în compartimentul corect, la citodiereză și la susținerea menționată și ancorarea organelor .

Citoscheletul eucariot este compus din microfilamente (în esență compuse din actină ), filamente intermediare și microtubuli (compuse din tubulină ). Citoscheletul procariot este mai puțin studiat, dar este implicat și în menținerea formei celulare și în citodiereză. ^[10]

Centrosomul este structura din care se ramifică microtubulii și care, din acest motiv, joacă un rol fundamental pentru întregul citoschelet. Direcționează transportul prin reticulul endoplasmatic și prin aparatul Golgi. Centrozomii sunt compuși din doi centrioli , care se separă în timpul diviziunii celulare și colaborează la formarea fusului mitotic. În celulele animale există un singur centrosom. Centrozomii sunt prezenți și în unele ciuperci unicelulare și alge.

Ciliile și flagelele

Același subiect în detaliu: Cilia (biologie) și Scourge (biologie) .

Cilii și flagelii sunt extroversiuni celulare care permit mișcarea lor. Ciliile sunt în general numeroase și pot crea curenți în soluția din jurul celulei, pentru a direcționa nutrienții către locul unde vor fi digerați (așa cum se întâmplă de exemplu la bureți ). Flagelele sunt în schimb prezente într-un număr unic sau, în orice caz, redus, până la numărul maxim de 5.

Partea interioară a ciliilor sau flagelului se numește axonem sau centriol și constă dintr-o membrană care cuprinde 9 perechi de microtubuli la periferie plus doi microtubuli nepereche în centru. Această structură, numită 9 + 2 , se găsește în aproape toate formele de cili eucariote și flageli, de la protozoare la om . Axonemul se atașează de corpusculul bazal, format tot din microtubuli, cu o structură ușor diferită de cea a axonemului: există 9 triplete pe laturi și 2 microtubuli unici în centru.

Organele

Același subiect în detaliu: Organele și compartimentarea celulelor .

Celulele eucariote conțin numeroase organe mici (numite organite ) specializate în îndeplinirea funcțiilor specifice necesare supraviețuirii celulelor în sine.

Nucleul

Același subiect în detaliu: nucleu celular , genă , ADN și ARN .

Diagrama nucleului unei celule eucariote. Nucleolul din interior este evident

Nucleul este cel mai complex organit prezent în interiorul celulelor eucariote și poate fi considerat centrul de comandă de la care pornesc toate ordinele care reglează viața celulei, unde ADN-ul este stocat sub formă de cromatină și unde replicarea ADN-ului nuclear și transcrierea acestuia la ARN .

În interiorul nucleului, nucleolul este regiunea responsabilă pentru sinteza ARN-ului ribozomal (ARNr). Este o structură fibroasă și granulară prezentă în una sau mai multe copii, în special în celulele care prezintă o sinteză proteică activă. La microscopul optic apare ca o granulă rotunjită, nelimitată de o membrană și înconjurată de un strat de cromatină condensată. Se compune din întinderi de ADN care codifică ARN-ul ribozomal, firele de ARNc naștere și proteinele .

Informațiile genetice prezente în nucleu sunt protejate de orice molecule citosolice capabile să o deterioreze printr-o membrană nucleară dublă, denumită de obicei cisternă perinucleară și caracterizată prin prezența porilor care permit trecerea anumitor substanțe.

Materialul genetic eucariot este închis în nucleu, unde este organizat în diferiți cromozomi liniari. Unele organite, cum ar fi mitocondriile și cloroplastele , pot conține, de asemenea, material genetic suplimentar. Materialul genetic din procariote este în schimb conținut într-o simplă moleculă circulară ( cromozomul bacterian) situat într-o regiune a citoplasmei numită nucleoid (care, totuși, nu poate fi considerat un organit).

Pe scurt, până de curând se credea că nucleul este creierul celulei; Cu toate acestea, de câțiva ani, s-a descoperit că adevăratul creier al celulei este membrana nucleară care transduce inteligent semnalele care sosesc din mediul extern și readuce setul corect de informații în interiorul acestuia pentru a genera proteinele potrivite.

Reticulul endoplasmatic și aparatul Golgi

Același subiect în detaliu: reticul endoplasmatic și aparatul Golgi .

Diagrama unui sistem endomembranar (cum ar fi reticulul endoplasmatic)

Reticulul endoplasmatic (ER) este alcătuit dintr-o serie de membrane pliate una peste alta pentru a forma tubuli și pungi care au sarcina de a colecta proteinele sintetizate de ribozomi, de a le transporta și de a le sorta, în funcție de faptul dacă sunt destinate să fie supuse anumitor modificări sau direcționate către destinații celulare specifice (de exemplu aparatul Golgi).

Se diferențiază două regiuni ale RE: reticulul endoplasmatic dur, pe a cărui suprafață sunt conținute ribozomii (corpusculii riboproteici responsabili de sinteza proteinelor ) și cel neted, care este lipsit de acesta și este mai implicat în modificările post-translaționale ale proteinelor .

Aparatul Golgi este folosit pentru a rafina și a face proteine ​​produse de RE utilizabile, înainte ca acestea să fie utilizate chiar de celulă sau expulzate din ea. Prin urmare, funcțiile sale includ modificarea proteinelor și lipidelor , sinteza carbohidraților și ambalarea moleculelor destinate secreției în afara celulei.

Formată din saci membranosi stivuiti unul peste altul, morfologia aparatului poate varia ușor în funcție de celulele examinate, chiar dacă, în general, structura sa este aproape uniformă. De fapt, este format aproape întotdeauna din diftiosomi , structuri constituite la rândul lor din mici saci aplatizați și din formațiuni goale, numite vezicule golgiene .

Rezumând aparatul Golgi este un set de vezicule de acordeon aplatizate.

Mitocondriile și cloroplastele

Același subiect în detaliu: mitocondriul și cloroplastul .

Diagrama schematică a structurii unui mitocondru animal

Mitocondriile pot fi considerate puterile celulei și sunt prezente în aproape toate celulele eucariote ^[11] în număr variabil (de obicei aproximativ 2000 per celulă, reprezentând aproximativ o cincime din volumul total). ^[12]

Fiecare mitocondrie este închisă de două membrane, care identifică cinci regiuni cu proprietăți diferite: membrana exterioară, spațiul intermembranar, membrana interioară, spațiul crestelor (format din inflexiunile membranei interioare) și matricea.

Lizozomi și peroxizomi

Același subiect în detaliu: Lizozom și Peroxisomei .

Lizozomii sunt organite care conțin enzime hidrolitice (capabile să se hidrolizeze, adică să rupă legăturile macromoleculelor biologice ), utilizate pentru digestia într-un mediu acid de substanțe inutile sau dăunătoare celulei. Aceste reacții au loc într-un organit ad hoc pentru a evita degradarea sau acidificarea citoplasmei. Lizozomii joacă un rol fundamental, de exemplu, în celulele albe din sânge , unde colaborează la distrugerea macromoleculelor microorganismelor patogene .

Peroxisomii au un rol similar cu cel al lizozomilor. De fapt, și ele au reacții speciale într-un mediu restrâns. În special, peroxizomii se ocupă de peroxizii degradanți (cum ar fi peroxidul de hidrogen ), prin enzime cunoscute sub numele de peroxidază .

Vacuolele

Același subiect în detaliu: Vacuole .

Vacuolele sunt organite capabile să stocheze substanțe nutritive și substanțe reziduale în interiorul lor. Unele vacuole pot conține, de asemenea, apă de rezervă. Unele celule, cum ar fi cele din genul Amoeba , au vacuole contractile, capabile să pompeze apă din celulă dacă există surplus.

Fiziologia celulară

Același subiect în detaliu: Semnalizarea celulară .

Celula, indiferent dacă este înțeleasă ca un organism unicelular sau o parte a unui organism multicelular , este un sistem dinamic, autoreglat și echipat cu un set de sisteme de semnalizare celulară (intra și intercelulară, în multicelular), adecvate pentru a susține funcțiile principale ale celulei în sine:

• homeostazia celulară: menținerea condițiilor necesare pentru supraviețuirea sistemului-organism într-un interval de valori acceptabile;
• funcțiile „dinamice” ale celulei: creștere, diferențiere, diviziune celulară, moarte celulară ;
• coordonarea cu alte celule pentru a îndeplini funcții multicelulare: țesut, organ mitocondrial sau sistemic; questa funzione fa in genere largo uso di sistemi specializzati di segnalazione, come il sistema nervoso e il sistema endocrino ( ormoni ).

Note

Bibliografia

• Michel Durand e Pierre Favard, La cellula: struttura, 1973, Mondadori
• C. Loffredo Sampaolo, La cellula i tessuti gli organi: guida alle esercitazioni al microscopio, 1979, PICCIN, ISBN 978-88-212-0010-6
• Geoffrey M. Cooper e Robert E. Hausman, La cellula. Un approccio molecolare, 2009, Piccin-Nuova Libraria, ISBN 978-88-299-2003-7
• Luca Munaron e Davide Lovisolo, Fisiologia della cellula, 2003, Bollati Boringhieri, ISBN 978-88-339-5696-1
• André Berkalofftitolo=La cellula: fisiologia, 1976, Edizioni scientifiche e tecniche Mondadori
• Georges Cohen, La cellula: metabolismo e regolazione, 1978, Mondadori

Voci correlate

• Teoria cellulare
• Divisione cellulare
• Prokaryota / Eukaryota
• Organulo
• Membrana cellulare
• Respirazione cellulare
• Segnalazione cellulare
• Transizione epitelio-mesenchimale

Altri progetti

• Wikizionario contiene il lemma di dizionario « cellula »
• Wikiversità contiene risorse su cellula
• Wikimedia Commons contiene immagini o altri file su cellula

Collegamenti esterni

• Cellula , su Treccani.it – Enciclopedie on line , Istituto dell'Enciclopedia Italiana .
• ( EN ) Cellula , su Enciclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.
• Cellula , in Treccani.it – Enciclopedie on line , Istituto dell'Enciclopedia Italiana.

Portale Biologia : accedi alle voci di Wikipedia che trattano di Biologia