Dimensiunea celulei, cea mai micA unitate a vietii

p. 102-105, 11. p

Cat de mare sau cat de mica trebuie sa fie cea mai simpla unitate in care se pot desfasura procesele vitale? La aceasta intrebare raspunsul este un compromis:

destul de mare, pentru ca in ea sa incapa organitele necesare metabolismului, cresterii sau divizarii, transmiterii proprietatilor la urmasi, etc., dar destul de mica, pentru a permite un schimb eficient cu mediul inconjurator. Factorii care hotaresc acest lucru sunt enumerati mai jos.

1. Suprafata specifica s_sp. Suprafata specifica se defineste ca raportul dintre suprafata si volum. Acest raport are doua efecte.

a) Cu cat suprafata specifica este mai mare, cu atat transportul substantelor in interiorul celulei (efectuat in mare parte prin difuzie) va fi mai rapid, din cauza distantelor mici, in raport cu schimbul care se efecturaza cu mediul exterior prin peretele celulei. La dimensiuni prea mari ale celulei procesele din interior sunt prea incete pentru ca organitele (organelele) sa poata functiona normal, deoarece substantele au un drum lung de parcurs (prin difuzie) de la suprafata care desparte organismul (celula) de mediul din care se aprovizioneaza cu substante nutritive.

b) Cu cat suprafata specifica este mai mare, cu atat unitatea de volum a celulei are la dispozitie o suprafata mai mare de contact cu mediul si schimburile de substante cu acesta se pot efectua mai rapid.

Raportul suprafata (S) catre volum (V), este pentru un cub cu latura l,

, (4 )

Δ = 1/l fiind gradul de dispersie. s_sp = S/V se numeste suprafata specifica.

Pentru o sfera cu diametrul d, suprafata specifica va fi:

, (2)

cu Δ = 1/d. (11. p. 245)

Se vede ca raportul s_sp = S/V, adica suprafata unitatii de volum, sau suprafata specifica, este cu atat mai mare, cu cat dimensiunea liniara este mai mica. In cazul unor bastonase cilindrice, suprafata specifica este ceva mai mica. Astfel pentru un cilindru (neglijand suprafetele de la capete) suprafata specifica va fi:

. (3)

Daca lungimea l include si partea hemisferica de la capetele bacililor si inlocuim l = nd, formula devine:

, (4)

n fiind factorul care ne arata de cate ori este mai mare lungimea l, decat diametrul d al bacilului. (l este lungimea partii cilindrice, incluzand capetele hemisferice ale bastonasului.) Se vede ca pentru n >>1, se regaseste formula (3.3) a cilindrului (cu capetele plane), iar pentru n = 1, formula (3.2) a sferei.

Dar oricum ordinul de marime se pastreaza, contand cea mai mica dimensiune

Pentru o foaie de grosime d si arie A, S/V = s_sp este (daca se neglijeaza de data aceasta suprafetele laterale ale foii):

(5)

In toate cazurile hotaratoare este cea mai mica dimensiune a obiectului, notata mai sus cu d. Δ = 1/d, gradul de dispersie, se exprima in m^-1 (sau cm^-1).

In general se poate scrie:

s_sp = K (6)

K avand valori intre 2 si 6 in functie de forma obiectului. Pentru bacili K are valori intre 6 si 4, depinzand de raportul n = l/d . Daca la celule forma de foaie se intalneste mai rar (unele alge), forma de bastonase este frecventa (bacili), uneori sub forma spiralata (Spirocheta, Spiralia), iar formele cu dimensiuni apropiate dupa axele de coordonate sunt obisnuite.

Optimizarea dimensiunii celulei se face tinand cont de cat loc trebuie sa ocupe organitele (organellele) din celula, organite, care sunt constructii macromoleculare voluminoase si care au functii specifice in interiorul celulei. Asa s-a ajuns ca pentru celule care au schimb intens cu mediul, dimensiunea cea mai mica sa se situeze intre 0 si cativa micrometri. Mai rar se intalnesc celule mai mari, ajungand pana la zeci de microni sau in mod exceptional, pana la sute de microni (celule alungite). Exceptie fac celulele in care se depoziteaza rezerve de hrana, cum ar fi celulele adipoase, semintele plantelor sau ouale pasarilor. Acestea ne mai necesitand un schimb permanent cu mediul exterior, pot avea dimensiuni foarte mari (oul de gaina sau de strut). Perioada de crestere a acestora este insa lunga din cauza ca procesele de transport din interior, cat si cele de schimb cu exteriorul se produc incet (dimensiuni mari interioare si suprafata specifica mica).

Intrucat dimensiunea (diametrul cilindrului sau sferei) se situeaza intre 0,1μ (la unele procariote) si circa 60μ, rezulta ca suprafata specifica optima pentru desfasurarea proceselor vitale se situeaza intre 4 10⁵ si 10³ cm²/cm³ sau intre 0,1 si 4m²/cm³. Tabelul de mai jos da dimensiunea unor celule.

In afara de fragmentare, marirea suprafetei specifice se poate realiza si prin formarea de pliuri sau excrescente. Astfel unele bacterii aerobe au pliuri realizate din membrana celulara, formand mai multe straturi paralele cu membrana, cu rol respirator. (Vezi figura 6.2.)

Tabelul 1. Dimensiunile unor celule, virusuri, reprezentative si molecule, in nm.

Dupa Kleine Enzyklopädie Natur, Ed. Verlag Enzyklopädie, Leipzig, 1957, p.470.

2. Intensitatea circulatiei mediului exterior, a aerului sau a apei. La organismele superioare exista mai multe canale interioare prin care se asigura fluxul alimentelor (aparatul digestiv), al aerului (aparatul respirator) sau aprovizionarea celulelor din interiorul organismului cu nutrienti si oxigen (aparatul circulator). In toate cazurile se asigura o mare suprafata de contact, ca si o perpetua primenire a lichidelor (solutiilor) sau gazelor (aer) de la suprafata peretilor celulari. Figura 3.2 reda schematic suprafetele interioare ale animalelor superioare.

Fig. 2. Suprafetele interioare ale organismului unui animal superior, inclusiv ale omului. Contactul cu mediul exterior trebuie sa se faca indirect din cauza dimensiunilor mari. De aceea se realizeaza un mediu interior, in care se pot mentine constanti anumiti parametri, contactul cu mediul exterior facandu-se prin intermediul onor spatii sau tuburi in contact direct cu exteriorul. Trasferul intre mediul exterior si cel interior se face prin straturi de celule specializate.