CELULACelula este unitatea de baza morfofunctionala si genetica a organizarii materiei vii. Fiecare organism isi incepe viata ca o unica celula, zigotul, formata in urma contopirii materialului genetic al spermatozoidul cu cel al ovocitului. Corpul uman contine aproximativ o suta de milioane de celule care, dupa caracteristicile lor structurale si functionale, pot fi clasificate in circa 200 de tipuri diferite: musculare, nervoase, epiteliale, sangvine etc.

Forma celulelor este legata de functia lor. Initial toate au forma globuloasa (sferica), dar ulterior pot deveni turtite, ca celulele cu rol de acoperire, fusiforme, stelate, ca neuronii, cubice, cilindrice etc.

Dimensiunile celulelor variaza in functie de specializarea lor, de starea fiziologica a organismului, de conditiile mediului extern, varsta etc. Ovocitul (ovulul) – are aproximativ 140 µm/150-200 µm, Spermatozoidul – 3 µm ( 1µm = 1/1000 mm ), Hematia – 7,5 µm, Fibra musculara striata – 5-15 cm. Media se considera 20-30 µm. Majoritatea celulelor au dimensiuni cuprinse intre aceste valori, dar exista si exceptii, cum sunt prelungirile neuronilor, care pot atinge si 1m sau trombocitele, care pot fi mai mici de 3 µ.

STRUCTURA CELULEI

In alcatuirea celulei distingem trei parti component principale: 1. Membrane celulara; 2. Citoplasma; 3. Nucleul.

1. Membrana celulara – Membrana plasmatica – Plasmalema

Inconjoara celula, ii confera forma si separa structurile interne ale celulei de mediul extracelular. Are o grosime de aproximativ 10 nm, iar structura sa poate fi observata numai cu microscopul electronic. Compozitia si structura de baza a membranei este aceasi cu a membranelor care inconjoara organitele celulare si alte compartimente subcelulare.

Membrana are rolul de a separa continutul celulei de mediul inconjurator si controleaza schimburile acesteia cu mediul. Este alcatuita, in principal, din fosfolipide si proteine. Fosfolipidele sunt formate din doi acizi grasi legati la un capat de o grupare fosfat. Aceasta compozitie confera polaritate fosfolipidelor. Fundamentul membrane este constituit din doua straturi de fosfolipide. Fosfolipidele sunt astfel dispuse incat portiunea lor hidrofila formeaza un bistrat, in interiorul caruia se afla cuprinsa portiunea lor hidrofoba. Acest miez hidrofob restrictioneaza pasajul transmembranar al moleculelor hidrosolubile si al ionilor.

Pol hidrofob

Pol hidrofil

Suprafata membrane contine proteine cu variate roluri receptori – aderenta intercelulara si transport – regland activitatea celulei si facilitand organizarea tesuturilor. Unele sunt asezate pe suprafata membrane – proteine periferice, altele strabat ambele straturi lipidce – proteine integrate. Ele participa la transportul substantelor prin membrane, legand o substanta pe o fata a membrane si transportand-o pe cealalta fata a acesteia. Acest tip de transport se desfasoara contrar diferentelor de concentratie dintre mediul extern si citoplasma, necesitand consum de energie. Unele proteine formeaza canale sau pori prin care anumite substante traverseaza membrane. Proteinele scufundate in ambele straturi lipidice ale membraneai leaga la suprafata externa glucide prin care se recunosc cellule intre ele sau functioneaza ca loc de recunoastere a virusurilor, hormonilor etc.

Astfel intreaga membrana este descrisa ca un mosaic fluid bidimensional in care difuzeaza liber lipide si care este presarat sau imbibat cu proteine aderate sau scufundate, care pot functiona ca transportori sau canale transmembranare sau ca receptori. In concluzie, component proteica este cea care realizeaza functiile specializate ale membrane si mecanisme de transport transmembranar.

Transportul transmembranar

Membrana celulara prezinta permeabilitate selectiva pentru anumite molecule si majoritatea ionilor. Aceasta permite un schimb bidirectional de substante nutritive si produsi ai catabolismului celular, precum si un transfer ionic, care determinta aparitia curentilor electrici. Datorita permeabilitatii selective, se mentine o diferenta de incarcatura ionica intre o fata si cealalata a sa, generand o diferenta de potential ( potentialul de membrana ).

Transportul se realizeaza prin doua tipuri de mecanisme:

- Pasive: fara consum de energie. Acesta se realizeaza atat simplu – mecanisme care nu necesita prezenta unor proteine transportatoare (carausi ), difuzie si filtrare, conform gradientului electrochimic ( de la concentratie mare la concentratie mica ), cat si facilitate de proteine transportatoare sau prin canale formate tot de proteine. Spre deosebire de mecanismele simple de transport pasiv, mecanismele de transport facilitate de proteine transportatoare sau canele pot fi inhibate de anumite molecule si de aceea prezinta o anumita specificitate.

Difuzia – moleculele unui gaz, ca si moleculele si ionii aflati intr-o solutie, se gasesc intr-o miscare dezordonata permanenta, rezultat al energiei lor. Acesta tendinta este datorata faptului ca toate moleculele poseda energie cinetica si se afla in miscare constanta, dezordonata si cu viteza mare, ciocnindu-se, ricosand, schimbandu-si mereu directia. Aceasta miscare, numita difuziune, determina raspandirea uniforma a moleculelor intr-un volum dat de gaz sau solutie. Efectul acestor miscari dezordonate este deplasarea moleculelor din regiuni unde concentratia lor este mare spre regiuni unde concentratia lor este mai mica, adica difuzeaza in functie de gradientul lor electrochimic. De aceea, ori de cate ori exista o diferenta de concentratie (gradient de concentratie) intre doua compartimente ale unei solutii, miscarea moleculara tinde sa elimine aceasta diferenta si sa distribuite moleculele uniform.

Datorita structurii sale, membrana celulara nu reprezinta o bariera in difuziunea moleculelor nepolarizate (liposolubile), de exemplu O2 sau hormonii steroizi. Moleculele organice, care prezinta legaturi covalente polare, dar nu sunt incarcate electric, de exemplu CO2, etanolul sau urea pot, de asemenea, difuza prin membrana celulara.

Moleculele polarizate mai mari, de exemplu glucoza, nu pot traversa membrana celulara prin difuziune si de aceea au nevoie de proteine transportatoare. De asemenea, membrana nu permite pasajul ionic liber; acesta va avea loc doar la nivelul canalelor ionice cu structura proteica, formatiuni membranare cu dimensiuni atat de mici, incat nu pot fi vizualizate nici chiar cu ajutorul microscopului electronic.

O forma particulara de difuzie este aceea a unui solvent (apa) pintr-o membrane si care poarta numele de osmoza. Osmoza este difuziunea apei (solventului) dintr-o solutie. Pentru ca ea sa se produca, membrana, care separa cele doua compartimente trebuie sa fie semipermeabila ( sa fie mai permeabila pt moleculele de solvent decat pentru cele de solvit). Apa va trece din compartimenul in care concentratia ei este mai mare (solutie mai diluata) in cel cu concentratie mai mica (solutie mai concentrata). Desi procesul este spontan, rata difuziei difera de la un tip de particula la alta, in functie de permeabilitatea membranei. Forta a care trebuie aplicata pentru a preveni osmoza se numeste presiune osmotica. Ea este proportionala cu numarul de particule dizolvate in solutie.

Moleculele organize polarizate si cu greutate moleculara amre traverseaza membrane celulara cu ajutorul protenielor transportatoare membranare. Acest tip de transport este specific, saturabil (va exista un transport maxim pentru o anumita substanta) si pentru aceeasi proteina transportatoare poate aparea competitia intre moleculele de transportat.

Difuziunea facilitata: In acest caz moleculele se deplaseaza conform gradientului de concentratie si nu este necesara energe pt transport.

- Acitve: asigura deplasarea moleculelor si a ionilor impotriva gradientului lor de concentratie si se desfasoara si se desfasoara cu consum de energie furnizata de ATP. Este de mai multe tipuri : primar – pentru functionarea proteinei transportatoare este necesara hidroliza directa a ATP-ului. In acest caz, protienele transportatoare se numesc pompe; secundar (cotrasport) – energia necesara pentru transferul unei molecule sau ion importiva gradientului sau de concentratie este obtinuta prin transferul altei enrgii conform gradientului ei de concentratie. De exemplu pompa de Na+/K+.

O categorie specifica de transport este cel vezicular. Aceasta poate fi endocitoza, in care materialul extracellular este captat in vezicule formate prin invaginarea membrane celulare si transferat intracellular, sau exocitoza, in care material intracellular este captat in vezicule care vor fuziona cu membrana celulara, iar continutul lor va fi eleminat in exteriorul celulei. Forme particulare de endocitoza sunt fagocitoza si pinocitoza.

Potentialul de membrana

Permeabilitatea selective a membranei, prezenta intracelulara a moleculelor nedifuzibile incarcate negative si activitatea pomepi Na+/K+ creeaza o distributie inegala a sarcinilor de o parte de alta a membrane celulare. Aceasta diferenta de potential este numita potential de membrana.

Potentialul membranar de repaus are o valoare medie de -65 mV pana la -85 mV( valoare apropiata de cea a potentialului de echilibru pt K+ ) si depinde de permeabilitatea membranei pt diferite tipuri de ioni. Termenul de repaus este introdus pentru a desemna un potential de membrane atunci cand la nivelul acesteia nu se produc impulsuri electrice. Valoarea acestui potential se datoreaza activitatii pompei Na+/K+, care reintroduce in celula K+ difuzat la exterior si expulzeaza Na+ patruns in celula, intr-un raport de 2K+ la 3Na+. In acest mod, o celula isi mentine relative constanta concentratia intracelulara a ionilor de Na+ si K+ si un potential membranar constant in absenta unui stimul.

Potentialul de actiune este modificarea temporara a potentialului de membrane. Celulele stimulate electric genereaza potentiale de actiune prin modificarea potentialului de membrana. Mecanismele de producere, aspectul si durata potentialului de actiune sunt diferite in functie de tipul de celula, dar principiul de baza este acelasi: modificarea potentialului de membrane se datoreaza unor curenti electrici care apar la trecerea ionilor prin canalele membranare specifice, ce se inched sau se deschid in functie de valoarea potentialului de actiune.

- Pragul sau reobaza: celulele excitabile se depolarizeaza rapid, daca valoarea potentialului de membrane este redusa la un nivel critic, numit potential prag. Odata acest prag atins, depolarizarea este spontana.

- Sumatia: Stimularea unei celule cu curenti subliminari, dar cu frecventa crescuta, poate produce excitatia.

- Timp util: Pentru a excita celula, stimulul prag trebuie sa actioneze asupra membrane un interval de timp suficient de mare.

- Cronaxia: La intensitati de valoarea dublului reobazei, timpul minim necesar difera foarte putin de la o celula la alta. Cronaxia este timpul minim necesar unui current cu valoare dubla reobazei pentru a excita.

3Na+

2K+ Repaus membranar

>>stimul => depolarizare

+ + + + + + + + + + +- - - - - - - - - - - - - -

Este eliminat Na+Este introdus K+

- - - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + permeabilitatea pt Na+

- permeabilitatea pt K+

Potentialul de actiune este un raspuns de tip “tot sau nimic”: stimuli cu o intensitate inferioasa pragului, subliminari, nu provoaca depolarizarea si declansarea unui impuls, iar stimulii supraliminari nu determina o reactie mai ampla decat stimulul prag.

- Panta ascendenta: depolarizarea apare dupa atingerea potentialului prag si se datoreaza cresterii permeabilitatii membrane pt Na+; aceasta va intra in celula prin canale specific pentru acest ion, care sunt voltaj-dependente si care se deschid atunci cand potentialul de membrane atinge valoarea prag.

- Panta descendeta (repolarizarea): potentialul revine catre valoarea de repaus. Acest fapt se datoreaza iesirii K+ din celula pin canale special pentru acest ion, care se deschid, de asemenea in prezenta stimulului.

- Perioada refractara reprezinta intervalul de timp pe parcursul caruia este dificil de obtinut un potential de actiune. Exista doua perioade refractare: < perioada refractara absoluta, pe parcursul careia indifenrent de intensitatea stimulului, nu se poate obtine un nou potential de actiune. Cuprinde panta ascendenta a potentialului de actiune si o portiune din cea descendenta si se datoreaza inactivarii canalelor pentru Na+. < perioada refractara relative, pe parcursul careia se poate inita un al doilea potential de actiune, daca stimului este suficient de puternic. Potentialul de actiune obtinut astfel are o viteza de aparitie a pantei ascendente mai mica si o amplitudine mai redusa decat in mod normal. Potentialul de actiune, odata general in orice punct al unei membrane excitabile, va stimula, la randul lui, zonele adiacente ale acesteia, propaganda-se in ambele sensuri, pana la complete depolarizare a membrane. Transmiterea depolarizarii in lungul unei fibre nervoase sau musculare poarta denumirea de impuls.

2. Citoplasma

Are o structura complexa, la nivelul ei desfasurandu-se principalele functii vitale. Este materialul cellular cuprins intre membrana si nucleu. Este un sistem coloidal, in care mediul de disperise este apa, iar faza dispersata estet ansamblul de micelii coloidale ce se gasesc in miscare browniana. Microscopul electronic a relevant trei component majore: citosolul, organitele celulare si incluziunile. Functional, citoplasma are o parte nestructurata, hialoplasma sau citosolul, lichid coloidal cu vascozitate variabila, semi-transparent, in care se afla suspendate citoscheletul si organitele celulare. Din punct de vedere chimic, celula este o solutie apoasa diluata, in care se afla substante organice si anorganice. Citoscheletul asigura suportul si miscarea celulei, fiind alcatuit din microtubuli si microfilamente. Microfilamentele sunt constituite din proteina contractile actina, fiecare celula avand propriul sau aranjament al actinei. Microtubulii sustin si mentin forma celulei si contribuie la deplasarea diverselor substante in si din celula.

Organitele celulare:

I. Organite commune:

1. Reticulul endoplasmatic: constituie o retea de tuburi care conecteaza nucleul cu membrane, servind ca sistem de transport( sistem circulator intracitoplasmatic) si spatiu de depozitare a produsilor celulari. Este un sistem canalicular care leaga plasmalema de stratul extern al membrane nucleare. RE neted este o retea de citomembrane cu aspect diferit, in functie de activitarea celulara. Are rol important in metabolismul glicogenului. Este mai abundent in fibreme musculare striate, celulele corticosuprarenalei, foliculul ovarian etc. RE rugos (ergastoplasma) sau granular prezinta pe suprafata externa a peretelui membranos ribozomi, particule ribonucleoproteine. Abundent in limfocite, celulele pancreatice, in general in celulele ce produc proteine de secretie.

`

ribozomi

canalicule

RE neted

RE granular