Celula eucariotă: definiție, structură și funcții

Celulele eucariote sunt celule care conțin compartimente separate prin membrane, în care au loc activități metabolice specifice. Cel mai important dintre acestea este nucleul celular, un compartiment delimitat de o membrană, care adăpostește ADN-ul. Aceasta este una dintre caracteristicile care le diferențiază de celulele procariote, care au un nucleoid – o regiune bogată în ADN celular, lipsită de o membrană care să o separe de restul celulei.

Celulele eucariote mai prezintă organite celulare, adică structuri din interiorul celulei delimitate prin membrane. Dacă observăm o celulă eucariotă la microscop, vedem structuri distincte de diferite forme și dimensiuni. Pe de altă parte, celulele procariote prezintă un aspect mai uniform, datorită lipsei acestor compartimente intracelulare separate de membrane. Organitele ajută celulele eucariote să îndeplinească funcții complexe.

Celulele eucariote se întâlnesc la animale (inclusiv la oameni), plante, ciuperci și alge.

Nucleul

Nucleul conține cea mai mare parte a materialului genetic al celulei. Majoritatea ADN-ului celular se află în nucleu, unde este organizat sub formă de cromozomi.

Nucleul este locul în care celula decide care gene vor fi mai active (sau ”exprimate”) și care vor fi mai puțin active (sau ”suprimate”). El este locul unde are loc transcripția, care este primul pas către sinteza proteinelor.

Nucleul este înconjurat de o membrană nucleară bistratificată denumită anvelopă nucleară. Aceasta conține pori nucleari, care permit substanțelor, inclusiv materialul genetic și ARN-ul mesager (ARNm), să iasă și să pătrundă în nucleu.

De asemenea, nucleul este locul unde se află nucleolul, care este cea mai mare structură din nucleu. Nucleolul ajută celulele să producă ribozomii și joacă un rol în răspunsul la stresul celular.

Citoplasma

Citoplasma din celula eucariotă conține toate celelalte organite celulare. Mai conține, de asemenea, o substanță cu aspect de gel numită citosol – un amestec de apă, substanțe dizolvate și proteine structurale – care reprezintă aproximativ 70% din volumul celulei.

Membrana celulară

Fiecare celulă eucariotă este învelită de o membrană celulară. Aceasta este alcătuită din mai multe componente, în funcție de tipul celulei, dintre care stratul dublu fosfolipidic se întâlnește la toate celulele.

Fiecare moleculă fosfolipidică este formată dintr-un cap de fosfat hidrofil, la care se adaugă doi acizi grași hidrofobi. Membrana dublă se formează atunci când două straturi de fosfolipide se aliniază, acizii grași formând stratul interior al membranei, iar grupările fosfat, stratul exterior. Acest aranjament creează granițe distincte pentru fiecare celulă eucariotă.

Mai există și alte componente în membrana celulară. Proteinele de aici ajută la transportul materialelor prin membrană și recepționează semnale chimice din mediul înconjurător, la care celula poate reacționa.

Unele dintre proteinele din membrana celulară (denumite glicoproteine) pot avea atașate și grupări carbohidrat. Aceste glicoproteine joacă un rol important în imunitate.

Citoscheletul

Celulele au nevoie de un citoschelet pentru a le ajuta la menținerea formei. Acesta este format din proteine structurale, suficient de puternice pentru a susține celula și care pot ajuta la creșterea și deplasarea celulei.

Există trei tipuri majore de filamente care alcătuiesc citoscheletul celulei eucariote:

• Microtubulii: cele mai mari filamente ale citoscheletului, formate dintr-o proteină denumită tubulină. Ei sunt extrem de puternici și rezistenți la compresie, deci sunt esențiali pentru menținerea formei celulei. De asemenea, microtubulii joacă rol în motilitatea celulei și în transportul materialelor în cadrul celulei;
• Filamentele intermediare: filamente de dimensiuni medii, formate din cheratină (proteina din unghiile și părul nostru);
• Microfilamentele: cele mai mici filamente din cadrul citoscheletului, formate dintr-o proteină denumită actină. Actina este deosebit de dinamică – fibrele de actină se pot scurta și alungi cu ușurință, în funcție de nevoile celulei. Filamentele de actină sunt importante în special pentru citochineză (când o celulă se divide în două celule la sfârșitul mitozei) și joacă un rol în transportul și motilitatea celulei.

Citoscheletul este motivul pentru celulele eucariote pot lua forme extrem de complexe.

Centrozomul

În citoplasma celulelor eucariote se găsește centrozomul, un alt organit înrudit îndeaproape cu citoscheletul.

Centrozomul funcționează drept centru principal de organizare a microtubulilor din celulă. El joacă un rol esențial în mitoză – atât de important, încât defectele din structura centrozomului au fost puse în legătură cu boli precum cancerul.

Peretele celular

În timp ce toate celulele eucariote conțin un citoschelet, unele tipuri de celule – cum sunt celulele plantelor – prezintă un perete celular pentru o protecție sporită. Spre deosebire de membrana celulară, care este relativ fluidă, peretele celular este o structură rigidă, care ajută la menținerea formei celulei.

Structura peretelui celular depinde de tipul de organism (algele, ciupercile și plantele prezintă tipuri distincte de perete celular). Însă, în general, pereții celulari sunt formați din polizaharide (carbohidrați complecși) și proteine structurale.

Peretele celulei vegetale face parte din structura care ajută planta să stea în poziție verticală și să reziste în fața condițiilor de mediu, cum ar fi vântul. Mai mult, el funcționează și ca o membrană semipermeabilă, care permite anumitor substanțe să iasă și să pătrundă în celulă.

Reticulul endoplasmatic

O parte din ribozomii produși în nucleol se întâlnesc în reticulul endoplasmatic (RE), mai ales în reticulul endoplasmatic rugos (RER).

În general, RE este uzina de producție a celulei și este responsabil pentru producerea substanțelor de care celula are nevoie pentru a crește. În RER, ribozomii lucrează din greu pentru a ajuta celulele să sintetizeze miile și miile de proteine diferite de care celulele au nevoie pentru a supraviețui.

Există și o porțiune de RE neacoperită cu ribozomi, denumită reticul endoplasmatic neted (REN). Acesta ajută celulele să producă lipide, inclusiv lipidele care formează membrana celulară și membranele organitelor. REN ajută și la producerea anumitor hormoni, cum sunt estrogenul și testosteronul.

Aparatul Golgi

În timp ce RE este uzina de producție a celulei, aparatul Golgi este fabrica de ambalare a celulei.

Aparatul Golgi ia proteinele nou produse în RE și le ”ambalează” pentru ca ele să funcționeze corespunzător în celule. El mai învelește substanțele în unități delimitate de membrane denumite vezicule, care apoi sunt transferate la locul lor potrivit din celulă.

Aparatul Golgi este format din saci mici denumiți cisterne, care ajută la procesarea materialelor. Fața cis a aparatului Golgi este partea de intrare, care acceptă materiale noi, iar fața trans este partea de ieșire, care le eliberează.

Lizozomul

Lizozomii joacă un rol-cheie în procesarea proteinelor, grăsimilor și altor substanțe. Ei sunt organite mici, delimitate de o membrană, cu un pH foarte acid, care îi ajută să funcționeze ca un ”stomac” al celulei.

Sarcina lizozomilor este de a digera materialele, a degrada proteinele, carbohidrații și lipidele nedorite, astfel încât acestea să fie îndepărtate din celulă. Lizozomii sunt în special o parte importantă ale celulelor imunitare, deoarece ei pot digera agenții patogeni.

Mitocondria

Mitocondriile sunt locurile principale unde este produsă energia. Ele reprezintă locul în care se desfășoară ultimele două faze ale respirației celulare și locul în care celula produce cea mai mare cantitate de energie, sub formă de ATP.

La fel ca majoritatea organitelor, mitocondriile sunt înconjurate de un strat dublu lipidic. Însă mitocondria are, de fapt, două membrane – o membrană internă și o membrană externă. Membrana internă este strâns pliată pentru a-și mări suprafața, ceea ce oferă fiecărei mitocondrii mai mult spațiu pentru desfășurarea reacțiilor chimice și producerea de combustibil pentru celulă.

Numărul de mitocodrii depinde în funcție de tipul de celulă. De exemplu, celulele musculare și hepatice sunt bogate în mitocondrii.

Peroxizomul

În timp ce mitocondria este uzina energetică a celulei, peroxizomul reprezintă o parte centrală a metabolismului celular. Peroxizomii ajută la absorbția nutrimentelor în celulă și conțin enzime digestive care le degradează. Ei mai conțin și neutralizează peroxidul de hidrogen, care altfel ar putea afecta ADN-ul și membranele celulare.

Cloroplastul

Nu fiecare celulă conține cloroplaste – ele nu se găsesc la ciuperci, dar se găsesc la plante și unele alge. Cloroplastele reprezintă locurile unde are loc fotosinteza, setul de reacții chimice care ajută unele organisme să producă energie din lumina solară și dioxidul de carbon atmosferic.

Cloroplastele conțin un pigment verde denumit clorofilă, care captează anumite lungimi de undă ale luminii și declanșează o serie de reacții chimice. În interiorul cloroplastului se găsesc stive de materiale denumite tilacoide, înconjurate de un spațiu liber denumit stroma. Fiecare tilacoid prezintă propria sa membrană – membrana tilacoidă.

Vacuola

La plante, vacuola centrală se umple cu apă și substanțe dizolvate și poate deveni atât de mare, încât poate ocupa până la trei sferturi din volumul celulei. Ea aplică o presiune de turgescență asupra peretelui celular pentru a ajuta la ”umflarea” celulei, astfel încât planta să poată sta dreaptă.

Alte tipuri de celule eucariote, cum sunt cele de la animale, prezintă vacuole mai mici. Diferitele vacuole ajută la stocarea nutrimentelor și produșilor reziduali.

Celula vegetală vs. celula animală

Iată, pe scurt, diferențele dintre celulele de la plante și cele de la animale:

• vacuola: celulele plantelor conțin cel puțin o vacuolă mare pentru a menține forma celulei, în timp ce vacuolele din celulele animale sunt mai mici;
• centrozomul: celulele animale au un centrozom, în timp ce celulele de la plante nu au;
• cloroplastele: celulele vegetale prezintă cloroplaste, iar cele animale nu prezintă;
• peretele celular: celulele plantelor au un perete celular exterior; celulele animale au doar membrana celulară.