Structura celulei (partea a II-a): celula procariotă

Celulele se împart în două categorii principale: procariote și eucariote. În categoria procariotelor intră organismele predominant unicelulare denumite bacterii și arhee. Celulele de la animale, plante, ciuperci și protiste sunt celule eucariote.

Componentele celulei procariote

Toate celulele au în comun patru componente: (1) o membrană plasmatică (membrană celulară), care separă mediul din interiorul celulei de mediul exterior; (2) citoplasmă, un fluid vâscos, cu aspect de jeleu, în care se află alte componente ale celulei; (3) ADN, materialul genetic al celulei; (4) ribozomi, care sintetizează proteine. Cu toate acestea, celulele procariote diferă de cele eucariote în mai multe feluri.

Procariotele sunt organisme simple, în mare parte unicelulare, cărora le lipsesc nucleul și alte organite legate de membrană – o diferență semnificativă față de eucariote. ADN-ul procariotelor se află în partea centrală a celulei: nucleoidul (Figura 1).

Figura 1 – Diagrama unei celule procariote. Toate procariotele prezintă ADN cromozomal localizat în nucleoid, ribozomi, o membrană celulară și un perete celular. Celelalte structuri prezentate în ilustrație există la unele bacterii, dar nu la toate.

Majoritatea procariotelor prezintă un perete celular peptidoglicanic și o capsulă polizaharidică. Peretele celular funcționează ca un strat suplimentar de protecție, ajută celula să-și mențină forma și previne deshidratarea acesteia. Capsula permite celulei să se atașeze de suprafețe din mediul său.

Unele procariote prezintă flageli, pili sau fimbrii (formațiuni în formă de ciucure). Flagelii sunt folosiți pentru locomoție. Pilii fac schimb de material genetic în timpul conjugării, procesul prin care bacteriile își transferă materialul genetic de la un la alta prin contact direct. Fimbriile sunt utilizate pentru atașarea de celula-gazdă.

Dimensiunea celulei

Având un diametru între 0,1 și 5 micrometri (microni), celulele procariote sunt semnificativ mai mici decât celulele eucariote, care au diametre între 10 și 100 de microni (Figura 2). Dimensiunile mici ale celulelor procariote permit ionilor și moleculelor care pătrund în acestea să difuzeze rapid dintr-o parte în alta a celulei. Acest lucru nu este valabil și în cazul celulelor eucariote, care și-au dezvoltat diferite adaptări structurale pentru îmbunătățirea transportului intracelular.

Figura 2 – Dimensiunile relative ale microbilor la scară logaritmică.

În general, dimensiunile mici sunt necesare pentru toate celulele, indiferent dacă sunt procariote sau eucariote. Haideți să vedem care este motivația.

Să ne gândim la suprafața și volumul unei celule obișnuite. Nu toate celulele au o formă sferică, dar majoritatea tind să adopte această formă geometrică. Formula pentru calcularea ariei unei sfere este 4πr², în timp ce formula pentru calcularea volumului unei sfere este 4πr³/3. Așadar, pe măsură ce raza unei celule crește, suprafața (aria) sa crește proporțional cu pătratul razei, dar volumul crește proporțional cu cubul razei (deci mult mai repede). Drept urmare, pe măsură ce mărimea unei celule crește, raportul arie-volum descrește. Același principiu s-ar aplica și dacă celula ar avea o formă cubică.

Dacă o celulă crește prea mult, membrana plasmatică nu ar avea o suprafață suficientă pentru a susține rata de difuziune necesară volumului crescut. Cu alte cuvinte, pe măsură ce o celulă crește, ea define tot mai puțin eficientă. O modalitate de creștere a eficienței este diviziunea celulară. Alte căi sunt creșterea suprafeței prin plierea membranei celulare, alungirea și subțierea sau aplatizarea celulei sau dezvoltarea de organite care îndeplinesc sarcini specifice. Toate acestea duc la dezvoltarea unor celule mai sofisticate – celule eucariote.