Celula: structura și rolul ei în organismele vii

O celulă este cea mai mică unitate a vieții care poate trăi de sine stătător: își procură energie, își repară componentele, reacționează la mediu și se poate diviza. Unele organisme, ca bacteriile sau drojdia, sunt o singură celulă; altele, ca un stejar sau ca tine, sunt făcute din miliarde de celule care și-au împărțit sarcinile.

Ca să înțelegi o celulă, ajută o comparație simplă: gândește-te la ea ca la un oraș mic, cu graniță, bibliotecă, centrale electrice, fabrici, poștă și serviciu de salubritate. Fiecare „cartier” are un nume științific, iar mai jos îl găsești explicat pe rând, cu dimensiuni, exemple și câteva observații pe care le poți face singur la microscop.

Cât de mică este o celulă și cum a fost descoperită

Majoritatea celulelor sunt prea mici pentru a fi văzute cu ochiul liber, care distinge obiecte de aproximativ o zecime de milimetru. Unitatea de măsură folosită de biologi este micrometrul (µm), adică o miime de milimetru.

Primii oameni care au văzut celule

În 1665, englezul Robert Hooke a privit la microscop o felie subțire de plută și a văzut niște compartimente goale, pe care le-a numit „cells”, după chiliile călugărilor. De fapt, vedea doar pereții unor celule moarte. Câțiva ani mai târziu, olandezul Antonie van Leeuwenhoek, negustor de stofe pasionat de lentile, a observat cu microscoape construite chiar de el organisme vii, minuscule, în picături de apă și în placa dentară. Abia în secolul al XIX-lea s-a ajuns la ideea că toate organismele sunt făcute din celule, idee prezentată pe larg în ghidul general de biologie.

Membrana celulară, granița inteligentă

Membrana celulară este învelișul subțire care separă interiorul celulei de exterior și decide ce substanțe trec. Are doar câțiva nanometri grosime, dar fără ea celula nu ar putea exista.

Membrana este formată în principal dintr-un strat dublu de fosfolipide, molecule cu un „cap” care atrage apa și două „cozi” care o resping. În apă, aceste molecule se aranjează singure cu cozile spre interior, formând o barieră. Printre ele plutesc proteine care funcționează ca porți, pompe sau antene. Modelul acceptat astăzi se numește modelul mozaicului fluid: membrana nu e rigidă, ci seamănă mai degrabă cu un strat de ulei pe care plutesc obiecte.

Cum trec substanțele prin membrană

• Difuzia: moleculele mici, cum ar fi oxigenul, trec singure din zona unde sunt mai concentrate spre zona unde sunt mai puțin concentrate.
• Osmoza: apa trece prin membrană spre partea cu mai multe substanțe dizolvate. De aceea salata asezonată cu sare se înmoaie după câteva minute: sarea „trage” apa din celulele frunzelor.
• Transportul activ: proteinele-pompă mută substanțe împotriva concentrației, consumând energie. Celulele nervoase folosesc astfel de pompe pentru sodiu și potasiu.
• Endocitoza și exocitoza: celula înglobează sau eliberează particule mari, împachetate în mici vezicule.

Sfat: Un experiment simplu de osmoză: taie doi bastonași egali de cartof crud, pune unul în apă de la robinet și altul în apă foarte sărată. După o oră, cel din apă dulce e tare și ușor mai lung, iar cel din apă sărată e moale și flexibil, pentru că și-a pierdut apa.

Nucleul, centrul de comandă

Nucleul este organitul care păstrează aproape tot ADN-ul celulei și controlează ce proteine se produc și când. Este, de obicei, cea mai mare structură vizibilă la microscop într-o celulă animală.

Nucleul este înconjurat de o membrană nucleară dublă, străpunsă de pori prin care ies instrucțiunile copiate sub formă de ARN mesager. În interior, ADN-ul este împachetat împreună cu proteine sub forma cromatinei. Înainte de diviziune, cromatina se condensează în cromozomi, ușor de văzut la microscop. O celulă umană obișnuită are 46 de cromozomi, organizați în 23 de perechi.

În nucleu se află și nucleolul, o zonă mai densă în care se asamblează componentele ribozomilor. Dacă ar fi întins, ADN-ul dintr-o singură celulă umană ar măsura în jur de doi metri, deși încape într-un nucleu de câțiva micrometri.

Organitele, „atelierele” celulei

Organitele sunt compartimente specializate din citoplasmă, fiecare cu un rol precis, asemenea secțiilor unei fabrici. Citoplasma este gelul în care plutesc toate acestea, format în mare parte din apă, săruri și proteine.

Mitocondriile și energia

Mitocondriile sunt locul în care glucoza și oxigenul sunt transformate în energie utilizabilă, prin procesul numit respirație celulară. Celulele care muncesc mult au multe mitocondrii: o celulă de mușchi al inimii poate avea mii. Un detaliu remarcabil: mitocondriile au propriul lor ADN, mic și circular, asemănător cu cel al bacteriilor.

Ribozomii, descoperiți cu microscopul electronic

Ribozomii sunt atât de mici încât au putut fi observați clar abia cu microscopul electronic. Descrierea lor sistematică în anii 1950 îi aparține în mare parte lui George Emil Palade, care a primit pentru studiile sale asupra celulei Premiul Nobel în 1974. O celulă activă poate conține milioane de ribozomi.

Celula vegetală, animală și bacteriană: diferențe

Toate celulele au membrană, citoplasmă, ribozomi și ADN, dar construcția lor diferă mult între marile grupe de organisme. Cea mai importantă distincție este între procariote, fără nucleu, și eucariote, cu nucleu.

Ce au în plus plantele

Cloroplastele sunt organitele verzi în care se face fotosinteza; conțin pigmentul numit clorofilă și, ca mitocondriile, au propriul ADN. Procesul pe care îl găzduiesc este explicat în articolul despre fotosinteză. Peretele celular din celuloză dă rigiditate, iar vacuola centrală, plină cu apă, apasă pe perete și ține planta dreaptă. Când o plantă nu e udată, vacuolele se golesc și frunzele se ofilesc.

Ciupercile au și ele perete celular, dar din chitină, nu din celuloză, una dintre trăsăturile care le separă de plante în clasificarea viețuitoarelor.

De unde vin mitocondriile și cloroplastele

Mitocondriile și cloroplastele provin, după toate dovezile actuale, din bacterii care au trăit cândva în interiorul altor celule. Ideea, numită teoria endosimbiotică, a fost susținută convingător de biologa americană Lynn Margulis începând cu anii 1960.

Argumentele principale sunt:

1. ambele organite au ADN propriu, circular, ca al bacteriilor;
2. au ribozomi mai asemănători cu ai bacteriilor decât cu ai celulei în care se află;
3. se înmulțesc prin diviziune, independent de celulă;
4. sunt învelite în două membrane, ca și cum o celulă ar fi „înghițit” o bacterie.

Această poveste, petrecută acum mai bine de un miliard și jumătate de ani, este unul dintre momentele-cheie ale evoluției vieții: fără mitocondrii, celulele complexe nu ar fi avut energia necesară pentru a forma organisme mari.

Cum se divide o celulă

Celulele se înmulțesc prin diviziune: o celulă-mamă se împarte în două celule-fiice, după ce și-a copiat materialul genetic. Există două tipuri principale de diviziune la eucariote.

• Mitoza produce două celule identice cu celula-mamă, cu același număr de cromozomi. Așa crești, așa se vindecă o rană și așa se înlocuiesc celulele pielii.
• Meioza produce celule cu jumătate din numărul de cromozomi, ovulele și spermatozoizii la om, polenul și ovulele la plante. Prin fecundare, numărul complet se reface, iar urmașul primește o combinație nouă de gene de la ambii părinți.

Bacteriile se divid mai simplu, prin diviziune binară. În condiții ideale, unele bacterii se pot divide la fiecare 20 de minute, motiv pentru care alimentele lăsate la cald se strică repede. Mai multe despre lumea lor găsești în ghidul despre microorganisme.

Atenție: Diviziunea celulară scăpată de sub control stă la baza cancerului. Informațiile din acest articol au caracter general și educativ și nu înlocuiesc consultul medical de specialitate.

Celule specializate în corpul uman

Toate celulele corpului tău au, în principiu, același ADN, dar folosesc gene diferite și de aceea arată și funcționează diferit. Procesul prin care o celulă „alege” un rol se numește diferențiere celulară.

Câteva exemple de specializare:

• neuronii transmit semnale electrice și au prelungiri lungi și ramificate;
• globulele roșii au formă de disc turtit, își pierd nucleul în timpul maturării și transportă oxigenul; trăiesc aproximativ 120 de zile;
• celulele musculare conțin proteine care se contractă și multe mitocondrii;
• celulele pielii se reînnoiesc continuu, iar cele de la suprafață sunt moarte și pline cu o proteină rezistentă, keratina;
• celulele stem sunt încă nespecializate și pot da naștere unor tipuri diferite de celule; în măduva osoasă, ele produc permanent celule ale sângelui.

Estimările moderne arată că un adult are de ordinul câtorva zeci de mii de miliarde de celule, iar globulele roșii sunt cele mai numeroase. Felul în care celulele nervoase transmit semnale se bazează pe principii electrice, explicate în articolul despre curent, tensiune și rezistență.

Cum observi celule acasă sau la școală

Un microscop școlar care mărește de 100–400 de ori este suficient pentru a vedea celule întregi și unele organite mari. Iată trei preparate simple:

1. **Frunza de ciuma apelor (Elodea, plantă de acvariu) sau de mușchi de pământ**: frunzele sunt subțiri, cu un singur strat sau cu foarte puține straturi de celule, așa că vezi direct cloroplastele verzi, ca niște boabe. Uneori le vezi chiar mișcându-se, purtate de curenții citoplasmei.
2. Pulpa de roșie: o cantitate foarte mică, întinsă în apă, arată celule mari, rotunjite, ușor de separat.
3. Pielița de pe solzul de ceapă roșie: are celule colorate natural în violet, deci nu ai nevoie de colorant.

Pentru detalii mai fine, cum ar fi ribozomii sau structura membranelor, este nevoie de microscop electronic, care folosește fascicule de electroni în loc de lumină. Limita microscopului optic vine chiar din natura luminii, iar fenomenul este explicat în ghidul despre lumină.

Ultimele recomandări

Celula este unitatea de bază a vieții: un spațiu închis de o membrană selectivă, în care ADN-ul oferă instrucțiunile, ribozomii construiesc proteinele, mitocondriile produc energia, iar alte organite sortează, ambalează și reciclează. Plantele au în plus cloroplaste, perete de celuloză și o vacuolă mare, iar bacteriile sunt construite mult mai simplu, fără nucleu. Prin diviziune și specializare, din celule simple se formează organisme complexe.

De reținut:

• majoritatea celulelor au între 1 și 100 de micrometri;
• membrana controlează trecerea substanțelor prin difuzie, osmoză și transport activ;
• nucleul păstrează ADN-ul, iar o celulă umană are 46 de cromozomi;
• mitocondriile și cloroplastele provin din bacterii vechi, înglobate în alte celule;
• mitoza produce celule identice, iar meioza produce celulele reproducătoare.