Componentele celulei, în detaliu

O celulă nu funcționează printr-un singur organit. Dacă o celulă produce o proteină destinată exteriorului, ribozomii o formează, reticulul endoplasmatic rugos participă la prelucrarea ei timpurie, iar aparatul Golgi o modifică, o sortează și o trimite în vezicule. Veziculele pot ajunge la membrană și pot elibera produsul. Acesta este un traseu posibil, nu traseul tuturor proteinelor.

Alte organite au roluri diferite. Mitocondriile au membrane interne pliate și contribuie la producerea ATP-ului prin respirație celulară. Cloroplastele folosesc lumina pentru fotosinteză în celulele care le au. Lizozomii participă la descompunerea unor materiale, iar vacuolele pot depozita apă și alte substanțe. Nucleul conține ADN și are pori prin care se realizează schimburi cu citoplasma. În nucleol se produc componente ale ribozomilor.

Forma și numărul organitelor se leagă de funcție. O celulă musculară care consumă mult ATP are nevoie de multe mitocondrii. O celulă din rădăcină poate fi vegetală fără să aibă cloroplaste verzi, fiindcă nu toate celulele plantei fac fotosinteză. Când privești un desen, nu te întreba doar „cum se numește acest punct?”, ci „ce proces îl leagă de restul celulei?”. Lecția Componentele celulei oferă harta generală; aici urmărești cooperarea dintre structuri.

Mitocondria are o membrană externă netedă, permeabilă pentru molecule mici prin proteine-canal (porine), și o membrană internă, impermeabilă, pliată în criste. Pe membrana internă se află lanțul respirator și ATP-sintaza; între cele două membrane este spațiul intermembranar. În matrice se găsesc enzimele ciclului Krebs, ADN circular și ribozomi. Cu cât cristele sunt mai dese, cu atât suprafața pe care se formează ATP este mai mare.

Cloroplastul are tot două membrane. În interior, stroma conține ADN circular, ribozomi și enzimele care fixează dioxidul de carbon; tilacoidele sunt saci aplatizați cu clorofilă în membrană și se stivuiesc în grane, unde se desfășoară etapa dependentă de lumină.

Nucleul este delimitat de un înveliș cu două membrane, perforat de pori nucleari prin care ies ARN-urile și intră proteinele. Membrana externă a învelișului se continuă cu reticulul endoplasmatic rugos. În nucleoplasmă se află cromatina, iar nucleolul adună ARN ribozomal și proteine pentru ribozomi.

Sistemul endomembranar cuprinde învelișul nuclear, reticulul endoplasmatic, aparatul Golgi, lizozomii și veziculele. Membranele lui schimbă componente prin vezicule, de aceea sunt privite împreună. Aparatul Golgi este o stivă de saci aplatizați (cisterne), iar produsele sale pleacă în vezicule spre membrană sau spre lizozomi.

Traseul unei proteine secretate:

1. Gena este transcrisă în nucleu și ARN-ul mesager iese prin porul nuclear.
2. Ribozomul începe sinteza pe ARN-ul mesager; lanțul în creștere intră în reticulul endoplasmatic rugos.
3. În reticul proteina se pliază și este marcată cu glucide; o veziculă de transport se desprinde și ajunge la Golgi.
4. În Golgi proteina este modificată, sortată și ambalată în vezicule de secreție.
5. Vezicula se contopește cu membrana plasmatică, iar conținutul este eliberat prin exocitoză.

Exemplu rezolvat 1: urmărirea unei proteine radioactive. Celulele acinoase ale pancreasului primesc timp de câteva minute leucină radioactivă, apoi sunt urmărite în timp:

1. Leucina este încorporată în proteine la ribozomi; semnalul urmărește deci proteinele nou sintetizate, nu aminoacidul liber.
2. Primul loc cu semnal, reticulul rugos, este cel în care începe sinteza proteinelor secretate.
3. Ordinea Golgi, apoi vezicule, apoi exterior arată sensul traseului: reticul, Golgi, vezicule de secreție, exocitoză.
4. Dacă experimentul s-ar repeta în prezența unui inhibitor al fuziunii veziculelor cu membrana, semnalul ar rămâne în veziculele de secreție.

Exemplu rezolvat 2: citirea unei microfotografii. Pe o imagine apare o celulă cu reticul rugos foarte dezvoltat, mai multe stive de Golgi, vezicule dense lângă membrană, mitocondrii numeroase și un nucleu cu nucleol evident.

1. Reticulul rugos abundent arată sinteză intensă de proteine pentru export.
2. Golgi și veziculele dense confirmă sortarea și secreția lor.
3. Mitocondriile numeroase arată un consum mare de ATP.
4. Nucleolul mare arată producție activă de ribozomi.
5. Concluzie: celulă secretoare de proteine, de exemplu celula acinoasă pancreatică sau plasmocitul.

Clasificarea organitelor după membrane.

• cu dublă membrană: nucleul, mitocondria, cloroplastul;
• cu o singură membrană: reticulul endoplasmatic, aparatul Golgi, lizozomii, peroxizomii, vacuolele;
• fără membrană: ribozomii, centriolii, citoscheletul.

Autonomia mitocondriilor și a cloroplastelor. Ambele conțin ADN circular propriu și ribozomi de tip procariot ($70\mathrm{S}$, cu subunitățile $50\mathrm{S}$ și $30\mathrm{S}$), se divid independent și sintetizează o parte din propriile proteine, de aceea sunt semiautonome. Ribozomii citoplasmatici eucarioți sunt $80\mathrm{S}$ ($60\mathrm{S}+40\mathrm{S}$). Teoria endosimbiozei explică această asemănare cu bacteriile.

Reticulul endoplasmatic. Reticulul rugos, cu ribozomi atașați, sintetizează proteine destinate secreției, membranelor și lizozomilor. Reticulul neted sintetizează lipide, detoxifică (în ficat) și depozitează $\mathrm{C}{\mathrm{a}}^{2+}$ (reticulul sarcoplasmatic din celula musculară).

Aparatul Golgi are fața de intrare (cis) și fața de ieșire (trans); modifică produsele (de exemplu, adaugă glucide), le sortează și formează vezicule de secreție și lizozomi. Peroxizomii conțin catalază și oxidaze.

Citoscheletul are trei componente: microfilamente de actină ($\approx 7$ nm), filamente intermediare ($8$–$12$ nm) și microtubuli de tubulină ($\approx 25$ nm). Centriolii sunt formați din $9$ triplete de microtubuli; axonema cililor și a flagelilor are structura $9+2$.

Peretele celular diferă: celuloză la plante, chitină la fungi, peptidoglican la bacterii; celulele animale nu au perete. Vacuola vegetală este delimitată de tonoplast.

Capcană: mitocondria nu aparține sistemului endomembranar, iar nucleolul este o regiune din nucleu, unde se sintetizează ARN ribozomal, nu un organit separat.

Exemplu în format de admitere (complement grupat). Despre structurile celulei sunt corecte afirmațiile:

1. Centriolii sunt delimitați de două membrane.
2. Tonoplastul este membrana care delimitează vacuola vegetală.
3. Mitocondria aparține sistemului endomembranar.
4. Învelișul nuclear este continuat cu reticulul endoplasmatic rugos.

• a) „Numai afirmațiile 1, 2 și 3 sunt corecte.”
• b) „Numai afirmațiile 1 și 3 sunt corecte.”
• c) „Numai afirmațiile 2 și 4 sunt corecte.”
• d) „Numai afirmația 4 este corectă.”
• e) „Toate afirmațiile sunt corecte sau toate sunt false.”

Răspuns: c. Afirmația 1 este falsă: centriolii nu au membrană. Afirmația 2 este adevărată. Afirmația 3 este falsă: mitocondria are organizare membranară proprie și nu face parte din sistemul endomembranar. Afirmația 4 este adevărată.

Greșeli frecvente

• Greșit: Mitocondria este parte a sistemului endomembranar.
  Corect: Are propria organizare membranară și nu intră în acel sistem.
• Greșit: Nucleolul este alt nume pentru nucleu.
  Corect: Nucleolul este o structură din interiorul nucleului.
• Greșit: Cristele mitocondriale sunt pliuri ale membranei externe.
  Corect: Cristele sunt pliuri ale membranei interne.

Înainte și după