Anatomia si fiziologia omului, 2- Celula

A. NIVELURILE DE ORGANIZARE ANATOMICĂ ŞI FIZIOLOGICĂ

Organismul uman este un sistem biologic complex ce cuprinde următoarele nivele de organizare: atomic, molecular, celular, al ţesuturilor, al organelor, al sistemelor de organe.

Toate aceste structuri interacţionează şi realizează funcţiile vitale ale organismului:

1. de relaţie: sistemul nervos, analizatorii, sistemul endocrin, sistemul osos, sistemul muscular;
2. de nutriţie: sistemul digestiv, sistemul respirator, sistemul circulator, sistemul excretor;
3. de reproducere: sistemul reproducator masculin şi feminin;

Celula - unitatea morfofunctională şi genetică a organismelor vii. Provine din celula-ou (zigot).

Ţesutul – reprezintă o grupare de celule care au aceeaşi structură, formă şi îndeplinesc aceeaşi funcţie.

Organele - sunt grupări de celule şi ţesuturi care s-au diferenţiat în vederea îndeplinirii anumitor funcţii în organism (ex: inima, plămânii, creier).

Aparatele şi sistemele:

• Aparatele - sunt grupări de organe cu funcţie principală comună, deşi structura lor morfologica este diferită. De exemplu:
  1. aparatul locomotor este alcătuit din oase, muşchi, articulaţii cu funcţiile principale de susţinere a corpului şi locomoţie;
  2. aparatul digestiv cu funcţia principală de digestie;
  3. aparatul cardiovascular cu funcţia principală de transport a sângelui şi limfei.
• Sistemele - sunt unităţi morfologice şi funcţionale alcătuite din organe care au aceeaşi structură. Sunt formate din acelaşi ţesut. De exemplu:

1. sistemul osos,
2. sistemul muscular,
3. sistemul nervos.

B. CELULA

1. Definiţie: celula este unitatea structurală, funcţională şi genetică a organismelor vii. Din argumentele experimentale aduse de Schwan şi Virchow a rezultat teoria celulară bazată pe trei principii fundamentale:

1. toate organismele vii sunt alcătuite din una sau mai multe celule;
2. celulele reprezintă unitatea structurală şi funcţională a lumii vii;
3. celulele provin din alte celule vii prin procesul de diviziune;

Ştiinţa care studiază structura şi ultrastructura celulelor se numeşte citologie.

2. Forma celulelor: forma celulelor variază, fiind adaptată funcţiei pe care o îndeplineşte celula. Forma iniţială a celulelor este cea sferică, specifică celulei-ou (zigotului). Celulele musculare netede sunt fusiforme; cele striate devin cilindrice; neuronul capătă forma stelată de cele mai multe ori; celulele vaselor conducatoare din plante au formă tubulară cu platouri ciuruite; unele, cum sunt celulele sanguine, ovulul sau celulele cartilaginoase işi păstrează forma globuloasă. Globul rosu -

3. Dimensiunea celulelor: majoritatea celulelor sunt microscopice, cu dimensiuni medii de 20-30µ. Aceste dimensiuni microscopice conferă celulelor două avantaje: un raport crescut între suprafaţa şi volum, care favorizează schimburi eficiente între celulă şi mediu şi un volum restrâns pe care nucleul îl poate controla. Există celule cu dimensiuni mai mari: de ex.: celula musculară striată poate avea lungime de 1 mm-12 cm, axonul neuronului poate depăşi 1m, ovulul = 100-200 µ (0,1-0,2 mm).

4. Structura celulei:

a. Membrana celulară:

- delimitează la exterior celula, separând exteriorul de mediul său intern;

- asigură schimburile dintre celulă şi mediul său extern;

- are permeabilitate selectivă;

- este polarizată electric;

- este excitabilă.

- este organizată după modelul mozaicului fluid, fiind fosfolipide şi proteine.

Fosfolipidele sunt formate din 2 acizi graşi legaţi la un capăt de o grupare fosfat. Această compoziţie conferă polaritate fosfolipidelor, cele 2 capete ale moleculelor lor au proprietăţi dferite în apă: capatul cu gruparea fosfat este hidrofil, iar cel al acizilor graşi este hidrofob. Deoarece citoplasma este un mediu bogat în apă, iar mediul exterior al celulei este de asemenea apos, fosfolipidele sunt dispuse în două straturi, unul cu gruparea fosfat spre exterior şi al doilea cu gruparea fosfat în interior. Datorită acestei orientări, membrana are structura unui strat bimolecular lipidic.

Proteinele asociate cu stratul bimolecular lipidic sunt extrem de variate. Unele sunt ataşate pe suprafaţa membranei - proteine periferice - altele străbat ambele straturi lipidice - proteine integrate. Proteinele participă la transportul substanţelor prin membrană, legând o substanţă pe o faţă a membranei şi transportând-o pe cealaltă faţă a acesteia. Acest tip de transport realizat de o proteina se desfăşoară contrar diferenţelor de concentraţie dintre mediul extern şi citoplasmă, necesită consum de energie şi se numeşte transport activ.

Traversarea membranei celulare semipermeabile de către moleculele de apă se numeşte osmoză. Acest proces se desfăşoară prin difuzie, fără consum de energie. Sensul de difuzie a apei este determinat de variaţia concentraţiei mediului de moleculele de apă deplasându-se din mediul cu concentraţie mare de apă spre mediul cu concentraţie mai mică de apă. Plasată într-o soluţie hipertonică (concentratie mai mare ca a citoplasmei), celula va pierde apă prin difuzie până la echilibrarea concentraţiilor mediilor intern şi extern. Într-o soluţie hipotonică (concentraţie mai mică decât a citoplasmei), apa difuzează în celula până la echilibrarea concentraţiilor.

Creşterea volumului celulei se numeşte citoliză.

Membrana celulară este fluida, are consistenţa uleiului vegetal. Lipidele şi proteinele membranei sunt în permanenţă mişcare: proteinele se deplasează de-a lungul lipidelor schimbându-şi locul şi formând desene sau mozaicuri. Datorită acestei proprietăţi, modelul structural modern al membranei este numit modelul mozaicului fluid.

b. Citoplasma: în celule, între nucleu şi membrană se află citoplasma. Este alcătuită

• dintr-o parte nestructurată - hialoplasma. Ea constituie mediul intern al celulei în care se desfaşoară principalele procese metabolice celulare. Este o mixtură de solutie şi sisteme coloidale, în care faza de dispersie este apa, iar faza dispersată este reprezentată de micele organice, macromoleculele proteice fibrilare, aflate în mişcare browniană. Acest amestec conţine predominant apa, care prin structura sa, cu un pol pozitiv (H⁺) şi unul negativ (H0ˉ) se comportă ca un dipol, care determină atracţia sau respingerea altor molecule, ceea ce îi conferă proprietatea de cel mai răspândit solvent din lumea vie.şi
• o parte structurată - organite (structuri permanente) şi incluziuni (structuri temporare).

Organitele celulare sunt structuri care funcţionează ca nişte organe miniaturale, fiind răspunzătoare de îndeplinirea unor funcţii specifice. Sunt de două categorii: organite celulare generale, comune tuturor celulelor (reticulul endoplasmatic, ribozomii sau corpusculii lui Palade, aparatul Golgi sau dictiozomii, mitocondriile, lizozomii, centrozomul) şi organite celulare specifice, la anumite celule (miofibrilele, neurofibrilele, corpusculii Nissl, cilli, flagelii).

Organite celulare generale:

* Reticulul endoplasmatic este un sistem de canale, canalicule, cisterne şi vezicule aplatizate răspândite în întreaga celulă, care fac legătura între membrana nucleului şi membrana celulară, având ca rol principal transportul substanţelor. Poate fi neted sau rugos (cu ribozomi pe suprafaţa canaliculelor). Reticulul endoplasmatic rugos este implicat în sinteza proteinelor, iar reticulul endoplasmatic neted este implicat în sinteza lipidelor şi detoxifierea celulei. În anumite celule, reticulul endoplasmatic are funcţii specifice: reglarea nivelului ionilor de calciu în celula musculară, participa la sinteza hormonilor steroizi în celule glandulare.

* Ribozomii se mai numesc şi granulele lui Palade, sunt particule sferice foarte mici, lipsite de membrană proprie. Sunt alcătuiţi din ARN şi proteine, pot exista liberi în citoplasmă, ataşaţi de membrana reticulului endoplasmatic sau de membrana externă a nucleului şi au rol în sinteza proteinelor specifice unui anumit tip de celulă. Această sinteză se face pe baza informaţiei genetice din AND-ul nuclear, care este copiată prin transcripţie de către ARN mesager, acesta migreaza prin porii nucleului în citoplasma până la nivelul ribozomilor, unde are loc procesul de ansamblare a aminoacizilor conform programului genetic, proces numit translaţie.

* Mitocondriile sunt organite celulare în formă de vezicule alungite sau de bastonaş cu lungimi cuprinse între 1,5-10 µm şi diametrul sub un 1µm, al căror numar în celulă variază direct proporţional cu intensitatea activităţii acesteia (în celulele hepatice sunt peste 1000 de mitocondrii). O mitocondrie este formată din înveliş şi matrix. Învelisul este format din două membrane: cea externă este netedă, iar cea internă este cutată. Cutele numite criste, au diverse forme şi maresc suprafaţa de reacţie a mitocondriei. Matrixul conţine enzime, ADN, ARN, ribozomi. Mitocondriile sunt sediul respiraţiei celulare, unde compuşii organici sunt oxidaţi, iar energia rezultată este convertită în legăturile moleculare de ATP.

* Complexul Golgi sau dictiozomi, reprezintă un ansamblu de saci aplatizaţi numiţi cisterne, aflaţi în apropierea nucleului, din care se desprind permanent vezicule. Aparatul Golgi are rolul de a transporta şi a transforma substanţele chimice pe care le conţine. Este foarte bine dezvoltat în celule glandulare, fiind responsabil de producerea secreţiilor acestora. Au rol şi în sinteza de membrane.

* Lizozomii sunt corpusculi sferici ( 0,2-1µ ), răspândiţi în întreaga hialoplasmă. Au formă de vezicule cu membrane simple. Conţin enzime hidrolitice, cu rol important în digestia intracelulară, în cadrul celulelor care fagocitează (leucocite, macrofage). Segăsesc în nr. mare şi în osteoclaste (cel. osoase) şi în unele celule gliale. Îndeplinesc funcţia de a digera substanţele şi particulele care pătrund în celulă, precum şi a fragmentelor de celulă sau ţesut.

* Centrozomul este situat în apropierea nucleului, fiind format din doi centrioli cilindrici orientaţi perpendicular unul pe celălalt şi înconjuraţi de o zonă de citoplasmă vâscoasă, numită centrosferă. Are rol în formarea fusului de diviziune şi lipseşte din celulele care nu au nucleu, care nu se mai divid: hematia adultă, neuronul, ovulul, spermatozidul.

Organite celulare specifice:

* Miofibrilele sunt elemente contractile din sarcoplasma fibrelor musculare. La miscroscopul electronic, miofribrilele sunt alcătuite din unităţi mai mici numite miofilamente de actină în discurile clare şi miofilamente de miozina în discurile întunecate. În timpul contracţiei, miofilamentele de actină glisează printre cele de miozină şi miofibrila se scurtează. Deoarece miofibrilele sunt legate între ele şi ancorate la membrana celulară, scurtarea miofibrilelor este urmată de scurtarea celulei.

* Neurofibrilele sunt formaţiuni diferenţiate ale neuroplasmei celulei nervoase. Se găseşte şi în prelungirile neuronale (axon şi dendrite). Apar ca o reţea densă de fibre. Rol: de susţinere şi transport de substanţe.

* Corpusculii Nissl sunt organite neuronale, mase compacte de ARN şi proteine care se colorează puternic cu coloranţi bazici. Numărul lor variază în funcţie de starea fiziologică a neuronului. La microscopul electronic apar sub formă de canale şi vezicule pe care se găsesc ataşaţi numeroşi ribozomi, fiind echivalenţi ai REG pt. celula nervoasă. Rol: în sinteza proteinelor neuronale.

* Cilii, flagelii sunt prezenţi numai în celulele mobile.

În citoplasmă se mai găsesc incluziuni citoplasmatice, sunt produsul unor procese metabolice celulare, materiale de depozit ca: picături de lipide, pigmenţi (granule de melanină), glicogen.

c. Nucleul: este componentul celular fundamental. Are de obicei forma celulei. Ocupă centrul celulei, sau o parte din periferie (cel. adipoase). Rol: de a coordona procesele biologice celulare fundamentale. Conţine materialul genetic, controlează metabolismul celular, transmite informaţia genetică. Majoritatea celulelor sunt uninucleate, dar pot fi binucleate (celulele hepatice), polinucleate (fibra musculara striată) sau anucleate (hematia adulta).

Structura nucleului cuprinde membrana nucleara, carioplasma si unul sau mai multi nucleoli.

Membrana nucleara este dubla, constituita din doua foite: una externa, ce prezinta ribozomi si se continua cu canalul RE, spre matricea citoplasmatica si una internă, aderentă miezului nuclear. Sub membrană se află carioplasma, formată dintr-o parte semilichidă - cariolimfa şi din cromatina. Cromatina (lb. greaca “ chroma” - culoare) se colorează uşor pentru a putea fi observată la microscop. Chimic, cromatina este alcatuita din ADN si proteine numite histone. Observată la microscopul electronic, cromatina are aspectul unui şirag de perle, unde fiecare perlă este o unitate repetitivă numită nucleosom. Acesta prezintă un miez format din proteine histonice, inconjurat de un fragment de ADN. In timpul diviziunii celulare, cromatina se coloreaza mult mai intens, este mai evidenta deoarece se condenseaza, Nucleolul are de obicei forma sferica sau ovala, este implicat in procesele de sinteza ale acizilor ribonucleici.