Free Press

Definiția celulei

Celula este unitatea de bază a vieții. În lumea modernă, ele sunt cea mai mică lume cunoscută care îndeplinește toate funcțiile vieții. Toate organismele vii sunt fie celule unice, fie sunt organisme multicelulare compuse din mai multe celule care lucrează împreună.

Celele sunt cea mai mică unitate cunoscută care poate îndeplini toate aceste funcții. Caracteristicile definitorii care permit unei celule să îndeplinească aceste funcții includ:

În cele ce urmează vom discuta despre funcțiile pe care trebuie să le îndeplinească celulele pentru a facilita viața și despre modul în care acestea îndeplinesc aceste funcții.

Funcția celulelor

Științii definesc șapte funcții pe care trebuie să le îndeplinească un organism viu. Acestea sunt:

1. O ființă vie trebuie să răspundă la schimbările din mediul său.
2. O ființă vie trebuie să crească și să se dezvolte de-a lungul vieții sale.
3. O ființă vie trebuie să fie capabilă să se reproducă, sau să facă copii ale sale.
4. O ființă vie trebuie să aibă metabolism.
5. O ființă vie trebuie să mențină homeostazia sau să își păstreze mediul intern la fel, indiferent de schimbările exterioare.
6. O ființă vie trebuie să fie alcătuită din celule.
7. O ființă vie trebuie să transmită trăsături urmașilor săi.

Biologia celulelor este cea care permite ființelor vii să îndeplinească toate aceste funcții. Mai jos, vom discuta despre modul în care acestea fac posibile funcțiile vieții.

Cum funcționează celulele

Pentru a le îndeplini, ele trebuie să aibă:

• O membrană celulară care separă interiorul celulei de exterior. Prin concentrarea reacțiilor chimice ale vieții în interiorul unei zone mici din cadrul unei membrane, celulele permit ca reacțiile vieții să se desfășoare mult mai repede decât ar fi făcut-o altfel.
• Material genetic care este capabil să transmită trăsături urmașilor celulei. Pentru a se reproduce, organismele trebuie să se asigure că descendenții lor au toate informațiile de care au nevoie pentru a putea îndeplini toate funcțiile vieții. toate celulele moderne realizează acest lucru cu ajutorul ADN-ului, ale cărui proprietăți de împerechere a bazelor permit celulelor să facă copii exacte ale „schițelor” și ale „sistemului de operare” al celulei. Unii oameni de știință cred că primele celule ar fi putut folosi în schimb ARN.
• Proteine care îndeplinesc o mare varietate de funcții structurale, metabolice și de reproducere.
  Există nenumărate funcții diferite pe care celulele trebuie să le îndeplinească pentru a obține energie și a se reproduce.
  În funcție de celulă, exemplele acestor funcții pot include fotosinteza, descompunerea zahărului, locomoția, copierea propriului ADN, permițând anumitor substanțe să treacă prin membrana celulară, ținându-le pe altele afară, etc.
  Proteinele sunt alcătuite din aminoacizi, care sunt ca niște „Lego” ale biochimiei. Aminoacizii vin în diferite mărimi, diferite forme și cu proprietăți diferite, cum ar fi polaritatea, sarcina ionică și hidrofobicitatea.
  Prin asamblarea aminoacizilor pe baza instrucțiunilor din materialul lor genetic, celulele pot crea o mașinărie biochimică pentru a îndeplini aproape orice funcție.
  Cei mai mulți oameni de știință cred că primele celule ar fi putut folosi ARN pentru a îndeplini anumite funcții vitale, iar apoi au trecut la aminoacizi mult mai versatili pentru a face treaba ca urmare a unei mutații.

Diferitele tipuri de celule pe care le vom discuta mai jos au moduri diferite de a îndeplini aceste funcții.

Tipuri de celule

Din cauza milioanelor de specii diverse de viață de pe Pământ, care cresc și se schimbă treptat de-a lungul timpului, există nenumărate diferențe între nenumăratele tipuri de celule existente.

Cu toate acestea, aici vom examina cele două tipuri majore de celule și două subcategorii importante ale fiecăreia.

Procariote

Procariotele sunt cele mai simple și mai vechi dintre cele două tipuri majore de celule. Procariotele sunt organisme unicelulare. Bacteriile și archaebacteriile sunt exemple de celule procariote.

Celele procariote au o membrană celulară și unul sau mai multe straturi de protecție suplimentară față de mediul exterior. Multe procariote au o membrană celulară formată din fosfolipide, înconjurată de un perete celular format dintr-un zahăr rigid. Peretele celular poate fi înconjurat de o altă „capsulă” groasă făcută din zaharuri.

Multe celule procariote au, de asemenea, cili, cozi sau alte modalități prin care celula își poate controla mișcarea.

Aceste caracteristici, precum și peretele celular și capsula, reflectă faptul că celulele procariote se descurcă singure în mediul înconjurător. Ele nu fac parte dintr-un organism pluricelular, care ar putea avea straturi întregi de celule dedicate protejării altor celule de mediu sau creării de mișcare.

Celele procariote au un singur cromozom care conține tot materialul ereditar esențial al celulei și instrucțiunile de funcționare. Acest cromozom unic este de obicei rotund. Nu există un nucleu sau alte membrane sau organite interne. Cromozomul pur și simplu plutește în citoplasma celulei.

Caracteristicile și informațiile genetice suplimentare pot fi conținute în alte unități genetice din citoplasmă, numite „plasmide”, dar acestea sunt de obicei gene care sunt transmise de la o parte la alta de către procariote prin procesul de „transfer orizontal de gene”, care este atunci când o celulă dă material genetic altei celule. Plasmidele conțin ADN neesențial, fără de care celula poate trăi și care nu este neapărat transmis la urmași.

Când o celulă procariotă este pregătită să se reproducă, ea face o copie a singurului său cromozom. Apoi, celula se împarte în două, repartizând o copie a cromozomului său și un sortiment aleatoriu de plasmide fiecărei celule fiice.

Există două tipuri majore de procariote cunoscute până în prezent de oamenii de știință: archaebacteriile, care sunt o descendență foarte veche a vieții cu unele diferențe biochimice față de bacterii și eucariote, și bacteriile, numite uneori „eubacterii” sau „bacterii adevărate” pentru a le diferenția de archaebacterii.

Bacteriile sunt considerate a fi descendenți mai „moderni” ai archaebacteriilor.

Ambele familii au „bacterii” în denumire deoarece diferențele dintre ele nu au fost înțelese înainte de inventarea tehnicilor moderne de analiză biochimică și genetică.

Când oamenii de știință au început să examineze în detaliu biochimia și genetica procariotelor, au descoperit aceste două grupuri foarte diferite, care probabil au relații diferite cu eucariotele și istorii evolutive diferite!

Cei mai mulți oameni de știință cred că eucariotele, cum ar fi oamenii, sunt mai strâns legate de bacterii, deoarece eucariotele au o chimie a membranei celulare similară cu cea a bacteriilor. Alții cred că archaebacteriile sunt mai strâns înrudite cu noi, eucariotele, deoarece folosesc proteine similare pentru a-și reproduce cromozomii.

Alții încă mai cred că am putea descinde din amândouă – că celulele eucariote ar fi putut lua ființă atunci când archaebacteriile au început să trăiască în interiorul unei celule bacteriene, sau viceversa! Acest lucru ar explica cum de avem atribute genetice și chimice importante ale ambelor și de ce avem multiple compartimente interne, cum ar fi nucleul, cloroplastele și mitocondriile!

Eucariote

Celele eucariote sunt considerate a fi cel mai modern tip celular major. Toate organismele multicelulare, inclusiv tu, pisica ta și plantele tale de apartament, sunt eucariote. Celulele eucariote par să fi „învățat” să lucreze împreună pentru a crea organisme multicelulare, în timp ce procariotele par incapabile să facă acest lucru.

Celele eucariote au, de obicei, mai mult de un cromozom, care conține cantități mari de informații genetice. În cadrul corpului unui organism pluricelular, diferite gene din acești cromozomi pot fi activate și dezactivate, permițând existența unor celule care au trăsături diferite și îndeplinesc funcții diferite în cadrul aceluiași organism.

Celele eucariote au, de asemenea, una sau mai multe membrane interne, ceea ce i-a condus pe oamenii de știință la concluzia că celulele eucariote au evoluat probabil atunci când unul sau mai multe tipuri de procariote au început să trăiască în relații simbiotice în interiorul altor celule.

Organismele cu membrane interioare care se găsesc în celulele eucariote includ de obicei:

• Pentru celulele animale – Mitocondriile, care eliberează energia din zahăr și o transformă în ATP într-un mod extrem de eficient.
  Mitocondriile au chiar propriul ADN, separat de ADN-ul nuclear al celulelor, ceea ce oferă un sprijin suplimentar pentru teoria conform căreia acestea au fost înainte bacterii independente.
• Pentru celulele vegetale – Cloroplastele, care realizează fotosinteza, producând ATP și zahăr din lumina soarelui și din aer.
  Cloroplastele au, de asemenea, propriul ADN, ceea ce sugerează că este posibil ca ele să-și fi avut originea ca bacterii fotosintetice.
• Nucleu – La celulele eucariote, nucleul conține schițele esențiale ale ADN-ului și instrucțiunile de funcționare a celulei.
  Se crede că învelișul nuclear oferă un strat suplimentar de protecție pentru ADN împotriva toxinelor sau invadatorilor care l-ar putea deteriora.
  Nu se știe dacă nucleul ar fi putut fi, de asemenea, un procariot endosimbiotic la un moment dat, sau dacă membrana sa a evoluat pur și simplu ca un strat suplimentar de protecție pentru ADN-ul celulei.
• Reticulul endoplasmatic – Această membrană internă complexă este un loc major de creare a proteinelor pentru celule. Originea evolutivă a reticulului endoplasmatic nu este cunoscută.
• Aparatul Golgi – Acest complex membranar intern poate fi considerat ca fiind „oficiul poștal” al reticulului endoplasmatic. Acesta primește proteine de la ER, le împachetează și le „etichetează” prin atașarea de zaharuri, după caz, și apoi le expediază la destinațiile lor finale!
• Altele – Multe celule eucariote pot crea „saci” membranari interni temporari, numiți „vacuole”, pentru a stoca deșeuri sau pentru a împacheta materiale importante.
  Câteva celule, de exemplu, au vacuole speciale numite „lizozomi”, care sunt pline de substanțe corozive și enzime digestive. Celulele își aruncă pur și simplu „gunoaiele” în lizozomi, unde mediul dur le descompune în componente mai simple care pot fi refolosite!

Exemple de celule

Archaebacterii

După cum am menționat mai sus, archaebacteriile sunt o formă foarte veche de celule procariote. Biologii le plasează, de fapt, în propriul lor „domeniu” al vieții, separat de alte bacterii.

Modalitățile cheie în care archaebacteriile diferă de alte bacterii includ:

Atributele chimice unice ale archaebacteriilor le permit să trăiască în medii extreme, cum ar fi apa supraîncălzită, apa extrem de sărată și unele medii care sunt toxice pentru toate celelalte forme de viață.

Cercetătorii au devenit foarte entuziasmați în ultimii ani la descoperirea Lokiarchaeota – un tip de archaebacterie care împarte cu eucariotele multe gene care nu fuseseră găsite niciodată înainte în celulele procariote!

Acum se crede că Lokiarchaeota ar putea fi cea mai apropiată rudă vie a noastră în lumea procariotă.

Bacterii

Cel mai probabil sunteți familiarizați cu tipul de bacterii care vă pot îmbolnăvi. Într-adevăr, agenții patogeni comuni, cum ar fi Streptococcus și Staphylococcus, sunt celule bacteriene procariote.

Dar există, de asemenea, multe tipuri de bacterii utile – inclusiv cele care descompun deșeurile moarte pentru a transforma materialele inutile în sol fertil și bacteriile care trăiesc în propriul nostru tract digestiv și ne ajută să digerăm alimentele.

Celulele bacteriene pot fi găsite în mod obișnuit trăind în relații simbiotice cu organisme multicelulare precum noi înșine, în sol și oriunde altundeva unde nu este prea extrem pentru ca ele să trăiască!

Celule vegetale

Celeulele vegetale sunt celule eucariote care fac parte din organisme multicelulare, fotosintetice.

Celulele vegetale au organite cloroplaste, care conțin pigmenți care absorb fotonii de lumină și recoltează energia acelor fotoni.

Cloroplastele au capacitatea remarcabilă de a transforma energia luminii în combustibil celular și folosesc această energie pentru a prelua dioxidul de carbon din aer și a-l transforma în zaharuri care pot fi folosite de către ființele vii ca și combustibil sau material de construcție.

Pe lângă faptul că au cloroplaste, celulele vegetale au, de asemenea, în mod obișnuit, un perete celular alcătuit din zaharuri rigide, pentru a permite țesuturilor vegetale să își mențină structurile verticale, cum ar fi frunzele, tulpinile și trunchiurile de copaci.

Celele vegetale au, de asemenea, organitele eucariote obișnuite, inclusiv un nucleu, reticulul endoplasmatic și aparatul Golgi.

Celule animale

Pentru acest exercițiu, să analizăm un tip de celulă animală care este de mare importanță pentru dumneavoastră: propria celulă hepatică.

Ca toate celulele animale, aceasta are mitocondrii care efectuează respirația celulară, transformând oxigenul și zahărul în cantități mari de ATP pentru a alimenta funcțiile celulare.

De asemenea, are aceleași organite ca majoritatea celulelor animale: un nucleu, reticulul endoplasmatic, aparatul Golgi etc..

Dar, ca parte a unui organism multicelular, celula dumneavoastră hepatică exprimă și gene unice, care îi conferă trăsături și abilități unice.

Celulele hepatice, în special, conțin enzime care descompun multe toxine, ceea ce permite ficatului să vă purifice sângele și să descompună deșeurile corporale periculoase.

Celula hepatică este un exemplu excelent al modului în care organismele multicelulare pot fi mai eficiente prin faptul că diferite tipuri de celule lucrează împreună.

Corpul dumneavoastră nu ar putea supraviețui fără celulele hepatice pentru a descompune anumite toxine și deșeuri, dar celula hepatică însăși nu ar putea supraviețui fără celulele nervoase și musculare care vă ajută să găsiți hrană și fără un tract digestiv pentru a descompune acea hrană în zaharuri ușor de digerat.

Și toate aceste tipuri de celule conțin informațiile necesare pentru a produce toate celelalte tipuri de celule! Este pur și simplu o chestiune de genele care sunt activate sau dezactivate în timpul dezvoltării.

• Epigenetică – Procesul prin care genele sunt activate sau dezactivate prin adăugarea sau eliminarea unor grupe chimice din părți ale cromozomului.
• Eucariote – Celule complexe cu mai mulți cromozomi și organite interne, cum ar fi mitocondriile, cloroplastele și nucleele.
• Procariote – Organisme unicelulare cu o structură simplă, având de obicei un singur cromozom și fără organite interne.

Quiz

1. Care dintre următoarele NU este o funcție esențială pe care trebuie să o îndeplinească toate ființele vii?
A. O ființă vie trebuie să se reproducă.
B. O ființă vie trebuie să fie capabilă să-și mențină mediul intern, indiferent de schimbările externe.
C. Un ființă vie trebuie să reacționeze la schimbările din mediul său.
D. Niciuna dintre cele de mai sus.

2. Care dintre următoarele NU este un tip de celulă procariotă?
A. Archaebacteria
B. Bacteria Staphylococcus
C. Bacteria Streptococcus
D. Celula hepatică

3. Care dintre următoarele NU este un organit celular eucariot?
A. Plasmidă
B. Nucleu
C. Mitocondriile
D. Cloroplastul

.