Celula, structură vie; virusurile

O celulă este cea mai mică unitate a unui organism care poate îndeplini funcțiile vieții. Are o limită, membrana, schimbă substanțe cu mediul și folosește informația sa genetică pentru a funcționa. Unele organisme, precum bacteriile, sunt alcătuite dintr-o singură celulă. Altele, precum omul sau stejarul, au foarte multe celule care colaborează. Celulele pot fi diferite ca formă și mărime, dar toate au o organizare de bază.

Virusurile sunt diferite: nu sunt celule. Un virus are material genetic, ADN sau ARN, înconjurat de un înveliș proteic; unele virusuri au și un înveliș extern. Nu are ribozomi și nu se divide ca o celulă. Pentru a produce noi particule virale, folosește mecanismele unei celule gazdă. De aceea, în clasificarea școlară obișnuită, virusurile nu sunt considerate organisme vii independente, deși evoluează și interacționează cu organismele.

Nu orice virus produce boală la om; virusurile pot infecta bacterii, plante, animale și alte gazde. Un tratament împotriva bacteriilor nu este automat eficient împotriva virusurilor. Când compari o bacterie cu un virus, întreabă întâi dacă există o celulă completă. Bacteria are membrană, citoplasmă, ribozomi și ADN; particula virală nu are această organizare. În lecția Virusuri ADN și ARN vei compara tipurile de material genetic ale virusurilor.

Teoria celulară a fost formulată de Schleiden (plante) și Schwann (animale) în 1838–1839 și completată de Virchow în 1855: toate organismele sunt alcătuite din celule, celula este unitatea structurală și funcțională a vieții, iar celulele provin din alte celule. Pentru a recunoaște o structură vie se urmăresc criteriile: organizare celulară, metabolism, homeostazie, creștere și dezvoltare, reproducere, reactivitate la stimuli, ereditate și adaptare.

Ordine de mărime. Celula bacteriană are $1$–$5\mu \mathrm{m}$ (Escherichia coli circa $2\mu \mathrm{m}$), celula eucariotă $10$–$100\mu \mathrm{m}$ (hematia, $7,5\mu \mathrm{m}$), iar virusurile $20$–$300$ nm (virusul HIV circa $100$ nm, poliovirusul circa $30$ nm). Virusurile se văd numai la microscopul electronic.

Încadrarea virusurilor. În afara celulei gazdă virionul este inert: nu are metabolism, nu crește, nu răspunde la stimuli și nu se divide. Are ereditate (genom) și evoluează prin mutații și selecție, dar își multiplică genomul numai folosind ribozomii, enzimele și energia celulei gazdă. De aceea virusurile se consideră structuri acelulare, la granița dintre neviu și viu, nu organisme independente.

Virionul are genom (acid nucleic) și capsidă proteică formată din capsomere; unele virusuri (HIV, virusul gripal) au și o anvelopă lipoproteică luată din membrana celulei gazdă. Bacteriofagul are cap cu ADN, teacă și fibre de fixare.

Ciclul litic al bacteriofagului:

1. Adsorbția: fibrele se leagă de receptori de pe peretele bacterian.
2. Penetrarea: teaca injectează ADN-ul viral, capsida rămâne în exterior.
3. Biosinteza: ADN-ul viral preia aparatul celulei; se replică genomul și se sintetizează proteinele capsidei.
4. Asamblarea: se formează noi virioni.
5. Eliberarea: celula se sparge (liză) și eliberează virionii. În ciclul lizogen ADN-ul fagului se integrează în cromozomul bacterian, ca profag, și se transmite descendenților.

Specificitatea de gazdă. Un virus infectează numai celulele care au receptorii potriviți: virusul HIV se leagă de limfocitele T CD4+, virusul gripal de celulele epiteliului căilor respiratorii, bacteriofagul T4 de bacteria E. coli, iar virusul mozaicului tutunului, studiat de Ivanovski în 1892, de celulele plantelor de tutun. De aceea un virus al plantelor nu îmbolnăvește omul.

Exemplu rezolvat 1: comparația dimensiunilor. Câți virioni HIV (diametru $100$ nm) încap în șir pe diametrul unei hematii ($7,5\mu \mathrm{m}$) și de câte ori este mai mare volumul unei sfere cu diametrul hematiei decât volumul virionului sferic?

1. Se transformă unitățile: $7,5\mu \mathrm{m}=7500$ nm.
2. Numărul de virioni în șir: $7500/100=75$.
3. Volumele sferelor sunt proporționale cu cubul diametrului: $75^3=421875$ de ori.

Exemplu rezolvat 2: multiplicarea unui bacteriofag. Un fag infectează o bacterie și produce $100$ de virioni noi la fiecare ciclu litic.

1. După primul ciclu: $100$ de virioni.
2. Dacă fiecare infectează o bacterie nouă, după al doilea ciclu: $100^2=10000$.
3. După al treilea ciclu: $100^3=1000000$ de virioni, ceea ce arată de ce infecția crește rapid într-o cultură.

Tratament. Antibioticele acționează pe structuri bacteriene: penicilina oprește sinteza peretelui de peptidoglican, tetraciclina blochează ribozomii $70\mathrm{S}$. Virusurile nu au aceste ținte; se folosesc antivirale (aciclovirul blochează ADN-polimeraza virusului herpetic, oseltamivirul neuraminidaza virusului gripal) și vaccinuri.

Greșeli frecvente

• Greșit: Virusul este o bacterie foarte mică.
  Corect: Virusul nu are structură celulară; bacteria este celulă procariotă.
• Greșit: Dacă un virus are ADN, se poate reproduce singur.
  Corect: Are nevoie de mecanismele unei celule gazdă.
• Greșit: Gripa se vindecă dacă antibioticul se ia în doză mai mare.
  Corect: Gripa este o boală virală; antibioticul nu are ținte în virus, iar doza nu schimbă acest lucru.
• Greșit: Virusurile fac excepție de la teoria celulară, deci contrazic definiția celulei.
  Corect: Teoria celulară privește organismele; virionul nu este celulă și nu este considerat organism de sine stătător.

Înainte și după