CELULA UMANA

CELULA UMANA

Definitie: Celula este unitatea de baza morfo-functionala a tuturor tesuturilor si organelor. Este un mic compartiment apos, delimitat de membrana ce contine moleculele, macromoleculele si incluziunile ce permit celulei sa-si indeplineasca functiile.

Clasificarea celulelor: Celulele pot fi impartite in doua categorii: celule procariote (bacterii) si celule eucariote (fungi, plante si animale). Celulele eucariote, prin definitie contin un nucleu (karyon = nucleu); procariotele nu au nucleu.

Alcatuirea celului eucariote:

Celula eucariota este un ansamblu complex format plasmalema (membrana plasmatica) si citoplasma care cuprinde o serie de organite citoplasmatice fara membrana ( microtubuli, microfilamente, centrioli, ribozomi), cu membrana simpla numita tonoplast (reticolul endoplasmatic, aparatul Golgi, lizozomi, peroxizomi etc.) si cu membrane duble sau anvelopa (nucleu si mitocondrii).

PLASMALEMA

Membranele biologice sunt compuse din lipide si proteine unite intre ele cu legaturi necovalente.

Lipidele membranare formeaza baza structurala a unei membrane, in timp ce proteinele sunt responsabile de functiile active ale membranelor. Aranjarea lipidelor si proteimelor raspunde unui model in mozaic numit " mozaic fluid"

Bistratul lipidic- reprezinta structura de baza a unei membrane biologice. Lipidele sunt amfipatice: au un cap hidrofil ("iubeste apa") sau polar orientat spre exteriorul bitrstului si interactioneaza cu mediul apos si o coada hidrofob sau non polar; cozile hidrofobe interactioneaza intre ele si formeaza miezul bistratului lipidic. Startl dinspre exterior formeaza foita externa, iar cel din interior, foita interna. Lipidele membranare sunt de 3 categorii: fosfolipide (reprezinta cel mai abundent component), colesterol si glicolipide.

Proteinele membranare- sunt de doua tipuri: proteine integrale care strabat bistratul lipidic care sunt amfipatice ( portiuni din ele vin in contact cu stratul hdrofob al statului lipidic, iar regiunile hidrofile vin in contact cu mediul apos); proteine periferice- sunt asimetric distribuite gasindu-se fie pe o parte fie de alta a bistratului lipidic.

Membranele sunt structuri fluide, dinamice. Proteinele membranare si fosfolipidele pot difuza realativ liber in planul membranei. Totusi miscarile lor sunt restrictionate.

Functiile membranei plasmatice

Membrana plasmatica este interfata dintre o celula si mediul sau extern. Membrana plasmatica inveleste celula, regleaza pasajul moleculelor in si dinspre celula, si raspunde la semnale primite din mediul extern. Regleaza pasajul moleculelor in si dinspre celula si raspunde de semnalele primite din mediul extern. Transportul prin membrana este facilitat de proteinele prezente in structura ei care au urmatoarele functii: proteine carrier si pompe, canale, receptori, etc.

Atunci cand proteinele si macromoleculele nu pot traversa membrana prin proteinele din structura care mediaza acest transport, celula utilizeaza un proces denumit endocitoza prin care o portiune a membranei se asociaza cu materialul ce va fi inglobat, se invagineaza, producand o vezicula intracelulara ce contine materialul ingerat.

Exista doua tipuri de endocitoza: pinocitoza si fagocitoza.

Pinocitoza- este o proprietate a tuturor celulelor. Acest proces implica ingestia de fluid si paricule solubilizate prin intermediul unor microvezicule (< 200 nm in diametru) numite vezicule pinocitozice.

Fagocitoza este realizata doar de unele tipuri celulare principale fiind macrofagele si neutrofilele. In fagocitoza, regiuni largi ale membranei plasmatice se extind, ingloband particule mari, cum sunt microorganismele sau resturile celulare. Se formeaza astfel vacuole (>1μm in diametru) denumite fagozomi. Fagozomii fuzioneaza in continuare cu lizozomii, iar continutul lor este de obicei degradat datorita enzimelor lizozomale.

CITOPLASMA

Citoplasma este formata din doua compartimente: citoplasma nestructurata sau hialoplasma (substanta fundamentala a citoplasmei), citoplasma structurata sau morfoplasma, reprezentata de organitele celulare. In afara de organitele celulare, in citoplasma se pot gasi incluziunile celulare, produsi de secretie si acumulari de produsi exogeni.

Clasificarea organitelor celulare dupa functia lor in celula

A. Organitele sintezei si secretiei celulare: reticulul endoplasmic, ribozomii, complexul Golgi.

B. Organitele generatoare de energie: mitocondriile.

C. Organitele digestiei celulare: lizozomii, peroxizomii.

D. Organitele motilitatii celulare: microfilamentele, microtubulii, centrul celular

E. Incluziuni celulare: substante proteice, de exemplu hemoglobina; lipide, sub forma de picaturi sferice glicogen, substantele minerale - fier, siliciu.

RETICULUL ENDOPLASMATIC (RE)

Reticulul endoplasmatic prezinta un rol major in procesele de biosinteza celulara. Este prezent in numar mare in celulele angajate in sinteze de proteine, glucide si lipide, fiind bine dezvoltat in celulele secretorii exo- si endocrine.

Este un organit invelit de o singura membrana ce formeaza o vasta retea interconectata de compartimente denumite cisternele RE. Se intinde de la membrana nucleara pana la periferia celului.

Exista doua tipuri de RE: RE granulos sau rugos si RE neted sau agranular care difera prin forma cavitatilor limitate de membrane si prin prezenta sau absenta ribozomilor pe fata externa.

Reticulul endoplasmatic rugos (REr)- Este un ansamblu de structuri canaliculare si veziculare membranare, cu diametru de aproximativ 20 nm, pe suprafata carora se gasesc atasati ribozomi, prin subunitatea mare si care sintetizeaza proteine de export. Este prezent la toate celulele nucleate, abudent in celule specializate in sinteza proteinelor. Toate lamelele sunt formate din doua membrane care delimiteaza o cavitate in forma de sac aplatizat. Membranele REr se continua cu membrana externa a invelisului nuclear Prezinta spatii neacoperite de ribozomi, din care se vor forma vezicule de tranzitie care vor asigura transportul intracelular (RE tranzitie).

Reticulul endoplasmatic neted (Ren)- este format dintr-un labirint de tubuli sau canalicule fine ramificate si anastomozate, care comunica cu sacii REr si la nivelul carora nu se ataseaza ribozomi. Membranele REN au aceeasi structura ca si a REr doar ca din loc in loc prezinta fenestrari asemanatoare porilor nucleari. In celula musculara striata, REN, poarta numele de reticul sarcoplasmatic.

Functiile RE:

REn -in metabolizarea lipidelor (biosinteza, degradarea) producand lipidele membranare

-detoxificarea celulara

- functii speciale (depozit dinamic de ioni de calciu)

REr -in biosinteza unor proteine membranare, proteine destinate a

functiona in RE, in aparatul Golgi, sau lizosomi, proteine destinate exportului;

-prelucrarea proteinelor sintetizate in RE;

-sortarea si transportul catre aparatul Golgi.

RIBOZOMII (R)

Se mai numesc si granulele lui Palade si sunt particule ribonucleoproteice foarte mici implicate in asanblarea aminoacizilor in proteine. Toate sintezele proteice incep pe ribozomii liberi din citoplasma.

Pot fi de doua tipuri: ribozomi liberi in citoplasma sau grupati in poliribozomi (polizomi) atasati de membranele reticulului endoplasmic si de fata citoplasmatica a invelisului nuclear.

Apar sub forma de granule ovalare sau elipsoidale cu diametrul mare de 20-30 nm si diametrul mic de 16-17 nm. Prezinta doua subunitati inegale ca dimensiune si diferite ca structura morfologica si biochimica:

- subunitatea mica este alungita, curbata cu doua extremitati umflate, cu coeficient de sedimentare de 40SV;

- subunitatea mare prezinta 3 extremitati scurte si rotunjite, cu coeficient de sedimentare de 60SV, prevazuta cu un canal prin care trece lantul peptidic sintetizat.

APARATUL GOLGI

Aparatul Golgi, denumit si complexul Golgi este un organit celular delimitat de endomembrane, structurat sub forma unei stive de cisterne recurbate prezentand polaritate morfologica si biochimica, cu rol cheie in precesele de biogeneza a membranelor, in maturarea, sortarea si distribuirea de molecule si/sau macromolecule atat catre locurile celulare carora le sunt destinate cat si in calea secretorie. Face parte din sistemul de organite implicat in traficul intracelular al membranelor, care incepe cu reticulul endoplasmic si se termina la membrana celulara.

Complexul Golgi este structurat ca o stiva de cisterne recurbate. Numarul cisternelor este variabil, diferind de la un tip de celula la altul, fiind de regula intre 5 si 8. Aceste cisterne formeaza dictiozomii.

Din punct de vedere morfologic organitul prezinta: o fata convexa, numita si fata cis, orientata catre cisterne ale reticulului endoplasmic din care inmuguresc vezicule (reticul endoplasmic tranzitional); o fata concava, numita si fata trans, orientata catre un sistem de vezicule si/sau vacuole, tubuli inretelati si fragmente de cisterne, sistem numit retea trans-Golgi.

Principala functie a aparatului Golgi sunt de a prelucra proteinele si lipidele sintetizate de RE. De asemeni are rol in transportul proteinelor secretate de celula in exterior printr-un proces de secretie. Are rol important in sisnteza lizozomilor.

MITOCONDRII

Mitocondria este responsabila cu transformarea nutrimentelor in energie; aceasta functie cunoscuta si ca respiratia aeroba, este motivul pentru care mitocondria este numita uzina energetica a celulei; energia este inmagazinata sub forma de ATP (adenozin trifosfat).

Forma sferica, formate din doua membrane trilamelare: membrana externa si membrana interna care trimite in interior prelungiri ce formeaza crestele mitocondriale, sau criste mitocondriale. Forma lor este, de regula, aceea de falduri, orientate perpendicular pe axul lung al organitului.

Spatiul dintre cele doua membrane se numeste camera externa, iar intre membrana interna si crestele mitocondriale se afla camera interna sau matricea mitocondriala. Matricea mitocondriala reprezinta cel mai complex compartiment, la nivelul sau gasindu-se un ADN propriu. Un alt element ultrastructural evidentiabil in matricea mitocondriala sunt ribosomii mitocondriali.

Fiecare dintre elemente structurale definite mai sus are functii bine fundamentate, prin care concura la buna realizare a rolului de baza al mitocondriei, producerea deATP.

Membrana interna este alcatuita din particule elementare - unitatile tripartite care sunt alcatuite dintr-un cap sferic, o tija cilindrica si o baza patrulatera.

Functiile mitocondriei

Respiratia celulara este un proces prin care celulele produc energia necesara pentru a supravietui. In respiratia celulara, celulele folosesc oxigen pentru a descompune glucoza si pentru a ii retine energia in molecule de adenozintrifosfat(ATP). Respiratia celulara este esentiala pentru supravietuirea celor mai multe organisme intrucat energia continuta in glucoza nu poate fi folosita in celule fara a fi stocata in ATP. Cele doua componente esentiale ale respiratiei sunt oxigenul si glucoza. Animalele obtin glucoza mancand plante. Respiratia celulara transfera cam 40% din energia glucozei in ATP. Restul energiei din glucoza este eliberat sub forma de caldura, pe care omul o foloseste pentru a-si mentine temperatura corporala. Respiratia celulara este uimitor de eficienta comparata cu alte procese de conversie a energiei, ca arderea benzinei, la care doar 25% din energie este utilizata.

Mitocondria este organitul responsabil de producerea ATP-ului. O varietate de cai de metabolism au loc in mitocondrie, incluzand β-oxidarea acizilor grasi, fosforilarea oxidativa si ciclul Krebs. Atat prin ciclul Krebs cat si prin oxidarea acizilor grasi se produc substraturi pentru sinteza ATP.

Ciclul Krebs reprezinta o serie de reactii chimice produse in celule al caror rezultat final este descompunerea moleculelor din hrana in energie, apa si dioxid de carbon. Se manifesta la toate animalele, la plantele superioare si in cele mai multe bacterii. In organismele ale caror celule au nucleu, ciclul are loc in mitocondrii, structura deseori numita uzina energetica a celulei.

NUCLEUL

Nucleul are rol central in viata unei celule. Nucleul este structura cea mai specializata a celulei, care asigura ereditatea si coordoneaza majoritatea reactiilor de sinteza conform specificitatii biologice a celulei.

Este un corp veziculos in general, cu forma sferica sau ovoida, bine circumscris, cuprins in masa citoplasmatica a celulei. Dintre substantele care intra in constitutia sa, cea mai caracteristica este cromatina, puternic bazofila.

Nucleul prezinta o membrana nucleara numita si anvelopa, nucleoplasma (substanta fundamentala) care este strabatuta de o retea de filamente fine, numita retea cromatica.

El contine genomul celulei care consta intr-un numar definit de molecule de ADN (cu aspect de dublu helix). Molecula de ADN este formata din doua lanturi lungi polinucleotide, rasucite sub forma de helix. Acizii nucleici sunt substante chimice alcatuite din unitati simple numite nucleotide. O nucleotida este formata dintr-o baza azotata (purinica- adenina si guanina; piridiminica- citozina si timina, pentru ADN iar in ARN timina este inlocuita cu uracil), un zahar ( riboza in ARN si dezoxiriboza in ADN) si un radical fosforic. Mai multe nucleotide formeaza un lant polinucleotidic. O secventa formata din 2 nucleotide formeaza codonii, care au capacitatea de a include un aminoacid in molecula proteica. Pentru codificarea celor 20 de aminoacizi exista 64 de codoni fiecare format din 2 nucleotide. Mai multe nucleotide formeaza o gena.

Membrana nucleara- este formata din doua membrane, una interna si una externa care se afla in legatura cu RE. Membrana externa prezinta pori prin care patrund macromolecule necesare in activitatea nuclara. Membrana interna se afla in legatura cu cromatina.

Nucleoplasma- este substanta fundamentala fluia si omogena bogata in cationi (Na, Ca, Mg, etc).

Cromatina si cromozomii reprezinta doua forme de organizare a materialului genetic (ADN). In interfaza (perioada dintre doua diviziuni succesive), materialul genetic este reprezentat de cromatina iar in timpul diviziunii celulare, de cromozomi.

Cromatina se gaseste:

1. dispersata in nucleoplasma, sub diferite forme:
1. granule de diferite marimi, numite cromocentri
2. granule fin dispersate
3. forma fibrilara
2. condensata la periferia nucleara, pe fata interna a invelisului nuclear, unde formeaza membrana cromatica

Eucromatina si heterocromatina

Cromatina fin dispersata in mod uniform in nucleu se numeste eucromatina. Cromatina condensata sub forma de granule mari formeaza heterocromatina si este intens bazofila. Distingem doua tipuri de heterocromatina:

- heterocromatina constitutiva, care este intotdeauna condensata in interfaza; este inactiva genetic si nu contine gene structurale

-heterocromatina facultativa care se poate imparti in functie de tipul de cromozomi de care apartine in:

o      heterocromatina facultativa autosomala, care corespunde celor 22 de perechi de cromosomi autosomali

o      heterocromatina facultativa gonosomala care corespunde cromatinei sexuale ce formeaza corpusculul Barr in celulele somatice de la femeie si corpusculul F in celulele somatice la barbat.

In diviziune in nucleoplasma apar niste filamente lungi numite cromozomi alcatuiti din cromatina. Cromatina este un lant flexibil, ca un sirag de perle, alcatuite din unitati care se repeta numite nucleosomi. Fiecare nucleosom are forma unui cilindru turtit format din proteine histonice inconjurate de un segment de ADN alcatuit din 140 de perechi de nucleotide care formeaza doua inele la varful si baza cilindrului.

Nucleolul- in nucleul aflat intre diviziuni se gasesc 1-2 corpusculi numiti nucleoli, cu rol in sinteza ARNr si in pregatirea mitozei.

LIZOZOMI

Sunt structuri de forma veziculara care contin enzime digestive si functioneaza ca un sistem digestiv intracelular.

Membrana limitanta este asemanatoare cu plasmalema. Contin peste 40 de enzime digestive (proteaze, nucleaze, glicozidaze, fosfataze etc). Cu aceste enzime lizozomii pot distruge majoritatea constituientilor celulari si tesuturi.

Lizozomii unei celule sunt organizati intr-un sistem lizozomal, tot ce intra in lizozomi fiind apoi folosit in metabolismul celulei. Substantele care ajung in lizozomi sunt aduse fie din exteriorul celulei prin fagocitoza si pinocitoza sau din interirul celulei.

Enzimele lizozomale iau nastere in complexul Golgi, de unde sunt impachetate in vezicule mici. Astfel lizozomi au rol important in apararea organismului (fagocitoza microorganismelor), reinnoirea celulelor, metabolismul intracelular al colesterolului.

Datorita functiilor digestive lizozomii sunt implicati in numeroaze boli patologice, datorate lipsei uneia sau mai multor enzime (acumularea de acid uric in lizozomi-guta, sau acumulare de silicati).

PEROXIZOMI

Peroxizomii se prezinta sub forma de vacuole sferice sau ovoide, uneori de forme neregulate cu prelungiri. Ei sunt delimitati de o endomembrana si contin o matrice in granulata uneori cu un cristaloid. Cristaloidul poate aparea format din manunchiuri paralele de tubuli care in sectiune transversala dau imaginea unui fagure de miere. Peroxizomii se formeaza prin reticulul endoplasmic - complexul Golgi si au rol in metabolismul peroxidului.

CITOSCHELETUL (APARATUL LOCOMOTOR)

Filamente de actina- actina se gaseste in cele mai multe celule in proportie de 10% din totalul proteinelor celulare. Cantitatea ei in celule difera dupa gradul de activitate al acestora.. Filamentele de actina se asocieaza in parte cu endomembranele si se leaga de obicei de membrana celulara de suprafata.

Filamente de miozina -miozina se gaseste in cantitate redusa in celulele nemusculare, fiind de forma si marime diferita in aceeasi celula. Legarea microfilamentelor de membrana de suprafata se realizeaza prin diferite proteine (alfa-actinina si vilina). Legarea microfilamentelor este esentiala pt formarea citoscheletului precum si pt unele procese celulare de baza ca citokinezia.

Filamente intermediare -sunt prezente in celulele eucariotelor fiind diferite de microfilamentele de actina si microfilamentele de miozina. Sunt numite intermediare pt ca diametrul lor este situat intre cel al microfilamentelor mici de actina si cel al microfilamentelor mari de miozina Dupa proteinele componente sunt de mai multe tipuri: microfilamente formate din precheratina - cheratina; microfilamente ce contin vimentina; microfilamente ce contin desmina sau scheletina.

Microvili, stereocili, cili, flageli -microvilii reprezinta o forma de organizare stabila a microfilamentelor, fiind prezenti in diferite tipuri de celule nemusculare. Microvilii sunt formatiuni ale membranei celulare de suprafata, prezenti de obicei la polul sau polii liberi, nejonctionali, ai unor celule foarte acive in transportul celular. Microvilii se gasesc astfel bine reprezentati la enterocite sau la nefrocite. De obicei microvilii au o forma de deget de manusa, au inaltimi si grosimi egale sau inegale. Cilii apar de obicei sub forma de prelungiri celulare dispuse la unul din polii celulei, fiind alcatuiti din citoplasma si membrana celulara. Cilii pot fi mobili si imobili(stereocili). Flagelii prezinta o structura asemanatoare cililor. La om ei sunt reprezentati numai prin gametii sexuali masculini (spermatozoizi)

Microtubuli-sunt prezenti sub forma de cilindri subtiri in citoplasma celulelor animale si vegetale. Ca si microfilamentele, ei pot aparea grupati sau izolati in citoplasma. Ei au rol in formarea citoscheletului impreuna cu microfilamentele, contribuind la mentinerea formei celulei.

Centriolii, centrul celular -centriolii sunt organite microtubulare stabile in citoplasma celulelor. Centrul celular poate contine unul sau frecvent doi centrioli ce sunt inconjurati de o zona citoplasmatica mai clara. Centrul celular este responsabil in celula de initierea si declansarea diviziunii celulare (mitoza sau meioza) formand fusul de diviziune. De asemenea genereaza miscarea cililor si flagelilor prin faptul ca la baza acestora se gaseste intotdeauna prezent un centriol denumit corpuscul bazal.

Tipuri de celule

Celule statice- celule cu un anumit gad de diferentiere care nu se mai divid (neuronii, fibre musculare, ovocitele)

Celule in tranzit- celule cu o existenta scura care se ditrug prin maturare (keratinocitele, mielocitele, etc).

Celule- stem- celule cu capacitate de reinoire care persista pe tot parcursul vietii individuale.