Celule procariote și eucariote

Celulele au câteva lucruri comune: o membrană care le delimitează, citoplasmă, ADN cu informație genetică și ribozomi care produc proteine. Dar nu toate organizează aceste părți la fel. La procariote, precum bacteriile, ADN-ul nu este închis într-un nucleu delimitat de membrană. La eucariote, precum plantele, animalele și fungii, ADN-ul se află în principal în nucleu, iar citoplasma conține organite specializate.

Un exemplu simplu este comparația dintre o bacterie din iaurt și o celulă din frunza unei plante. Amândouă sunt celule și folosesc ADN. Bacteria nu are nucleu; celula frunzei are nucleu și, dacă este verde, cloroplaste. Celula animală este tot eucariotă, dar nu are nici perete celular, nici cloroplaste. Nu confunda cuvintele „procariot” și „mic”: mărimea poate ajuta la observație, dar criteriul decisiv aici este organizarea celulei.

Procariotele nu sunt „celule neterminate”. Ele trăiesc, se hrănesc și se înmulțesc potrivit propriei organizări. Eucariotele pot fi unicelulare sau pluricelulare; o drojdie este eucariotă, deși are o singură celulă. Pentru a clasifica o probă, caută dovezi despre nucleu și organite, nu numai despre numărul de celule ale organismului.

Celula procariotă. Aparține domeniilor Bacteria și Archaea. O bacterie are $1$–$5\mu \mathrm{m}$; Escherichia coli are circa $2\mu \mathrm{m}$ lungime. Cromozomul este unic, circular, cu circa $4,6$ milioane de perechi de baze la E. coli, și se află în nucleoid. Pe lângă el pot exista plasmide, mici molecule circulare de ADN cu gene suplimentare, de exemplu pentru rezistența la antibiotice. Ribozomii sunt de tip $70\mathrm{S}$. Peretele bacterian conține peptidoglican (mureină); unele bacterii au capsulă, flageli și pili. Nu există mitocondrii: respirația aerobă are loc la nivelul membranei plasmatice și al mezozomilor. Cianobacteriile fotosintetizează fără cloroplaste, prin pigmenți din tilacoide. Înmulțirea se face prin diviziune directă, fără mitoză.

Celula eucariotă. Are $10$–$100\mu \mathrm{m}$, nucleu delimitat de un înveliș nuclear dublu, mai mulți cromozomi liniari asociați cu histone, ribozomi $80\mathrm{S}$ în citoplasmă, organite cu membrană (mitocondrii, reticul endoplasmatic, aparat Golgi, lizozomi) și citoschelet. Diviziunea se realizează prin mitoză sau meioză. Eucariotele pot fi unicelulare (drojdia, Paramecium) sau pluricelulare (omul, stejarul); o eucariotă unicelulară are toate organitele într-o singură celulă.

Arheele sunt procariote care trăiesc adesea în medii extreme: arheile halofile în lacuri foarte sărate, cele termofile în izvoare fierbinți, cele metanogene în intestinul animalelor și în mlaștini, unde produc metan. Peretele lor nu conține peptidoglican, iar lipidele membranei au legături de tip eter, nu ester.

Raportul suprafață/volum. Pentru o celulă sferică de rază $r$, raportul $S/V$ este $3/r$. O bacterie cu $r=1\mu \mathrm{m}$ are $3\mu {\mathrm{m}}^{-1}$, o celulă eucariotă cu $r=10\mu \mathrm{m}$ are $0,3\mu {\mathrm{m}}^{-1}$. Celula mică schimbă ușor substanțe cu mediul prin membrană, iar celula mare folosește organite, care compartimentează procesele.

Exemplu rezolvat 1: încadrarea a patru organisme. Se dau drojdia Saccharomyces, bacteria Streptococcus din iaurt, cianobacteria Nostoc și protistul Paramecium.

1. Se caută nucleul delimitat de membrană: îl au drojdia și Paramecium; nu îl au Streptococcus și Nostoc.
2. Cele cu nucleu sunt eucariote, chiar dacă sunt unicelulare; celelalte două au nucleoid, deci sunt procariote.
3. Nostoc fotosintetizează, dar nu are cloroplaste: pigmentul este în tilacoide din citoplasmă; procariotă nu înseamnă heterotrofă.
4. Concluzie: eucariote sunt drojdia și Paramecium, procariote sunt Streptococcus și Nostoc.

Exemplu rezolvat 2: creșterea unei culturi bacteriene. O celulă de E. coli se divide la fiecare $20$ de minute în condiții optime. Câte celule rezultă după $4$ ore și după $6$ ore?

1. Numărul de generații: $4\cdot 60/20=12$, respectiv $6\cdot 60/20=18$.
2. Numărul de celule: $2^{12}=4096$, respectiv $2^{18}=262144$.
3. Ciclul unei celule animale durează adesea circa $24$ de ore, adică de $72$ de ori mai mult decât timpul de generație al bacteriei.

Greșeli frecvente

• Greșit: Procariotele nu au material genetic.
  Corect: Au ADN, dar nu într-un nucleu delimitat de membrană.
• Greșit: Orice organism unicelular este procariot.
  Corect: Drojdia și multe protiste sunt eucariote unicelulare.
• Greșit: Bacteriile respiră, deci au mitocondrii.
  Corect: Bacteriile nu au mitocondrii; enzimele respirației sunt pe membrana plasmatică.
• Greșit: Bacteriile nu au ribozomi, fiindcă nu au organite.
  Corect: Au ribozomi $70\mathrm{S}$, liberi în citoplasmă; ribozomul nu este delimitat de membrană.

Înainte și după