Celula ca sistem termodinamic

CELULA CA SISTEM TERMODINAMIC

Quasitotalitatea surselor bibliografice afirma ca celula este alcatuita din membrana, citoplasma si nucleu, si ca in citoplasma se afla organitele celulare: reticul endoplasmic, mitocondrii, ribozomi etc. O asemenea definitie nu numai ca lasa loc unei erori, care nu este de limbaj, ci de gindire, ci o si alimenteaza: daca organite celulare sint numai formatiunile aflate intre membrana celulara si nucleu, atunci membrana celulara si nucleul ce sint? Desigur, corect este sa afirmam ca celula este alcatuita din urmatoarele organite: membrana, reticul endoplasmic, mitocondrii, nucleu etc. 

    Daca celula, pentru a exista, trebuie sa metabolizeze si daca prin metabolism intelegem totalitatea schimburilor cu ambientul si a transformarilor interne, atunci vom deduce mult mai bine si mai usor de ce anume organite are nevoie celula (alcatuirea) petru a-si indeplini sarcinile functionale, considerate drept conditii ale implinirii finalitatii proprii. 

    Ca limita de separatie intre lichidul interstitial si citoplasma, membrana pericelulara si o parte dintre endomembrane (cea a reticulului endoplasmic) reprezinta sediul schimburilor (pasive si active) dintre aceste compartimente. Intrucit membrana pericelulara, din acelasi motiv, reprezinta si prima bariera de receptare a variatiilor parametrilor de stare ai ambientului, ca si pentru mesajele chimice specifice (hormoni, neuromesageri, modulatori si anticorpi) venite din afara celulei, ea trebuie sa se dovedeasca in masura sa sesizeze, la quasitotalitatea categoriilor celulare, aceste variatii si, in consecinta, sa declanseze reactii specifice de raspuns (excitabilitate). Din aceste motive, matricea membranei (partea ei principala in plan cantitativ si nu numai) este alcatuita din doua monostraturi de macromolecule fosfolipidice (iata ca mambrana nu este trilaminata, ci bilaminata), pe care plutesc fie pe fata interstitiala, fie pe cea citoplasmatica proteine cu roluri functionale deosebite (transportori activi, enzime, receptori) , sau care strabat de la o fata la alta toata grosimea membranei (proteine canal), intocmai unui mozaic proteic pe un fond general fosfolipidic. 

    Pentru sinteze organice, pentru contractie, pentru transport activ etc, celula consuma energie metabolica, adica energie chimica in cuante macroergice, inmagazinate in legaturile specifice dintre adenozina (sau guanozina)  si radicalul acidului fosforic (ATP, respectiv GTP). Eliberarea energiei chimice din acesti compusi macroergici se realizeaza sub influenta unor enzime specifice (adenozintrifosfataze, guanozintrifosfataze). Daca ATP-ul este sursa unica, universala de energie pentru procesele active, enzimele care il descompun (ATP-azele) sint diferite, specifice fiecarui proces. Aceasta tocmai intrucit ATP-azele au putere catalitica dependenta tocmai de produsul (sau consecinta) final al procesului consumator de energie. Refacerea necesara a ATP-ului este posibila din punct de vedere substantial (ADP-ul si P ramasi), dar necesita energie chimica. Aceasta energie este obtinuta din oxidarea ionului H+, provenit din substantele organice alimentare prin dehidrogenare, cu oxigenul venit din respiratie. Iata ca celula poate fi considerata un "motor cu hidrogen". Toate aceste procese se petrec la nivelul organitului numit mitocondrie. 

    In pofida faptului ca ribozomii sint considerati direct responsabili de sinteza proteinelor, ei nu participa decit in mod indirect la aceasta. Sinteza proteinelor cade in sarcina enzimelor specifice, ribozomii avind doar sarcina de a "citi" informatia genetica de pe ARN-ul mesager si de a o "comunica" enzimelor specifice. Cind sinteza anumitor produsi este destinata "exportului" (celulele secretorii), ribozomii se atasaza de reticulul endopasmic, tocmai pentru a se reduce consumul de timp necesar deplasarii materiei prime (aminoacizii) de la nivelul membranei (locul de intrare in citoplasma) pina la ribozomi (reticul rugos, ergastoplasma sau corpii Nissl) si astfel sa creasca productia celulei in mod corespunzator. Desigur, celulele secretorii pot fi solicitate de catre sistemul integrator in orice moment sa elibereze o anumita cantitate din produsul sintetizat, pe care celula trebuie sa o aiba la dispozitie. De aici necesitatea existentei unui "depozit" - aparatul Golgi. Prezenta si functionarea acestor organite confera celulei posibilitatea realizarii sintezelor organice (anabolism). Pentru realizarea descompunerilor substantelor organice (catabolism) sint necesare enzime de liza, care sint sintetizate in procese anabolice si sint depozitate in mici vezicule, tocmai pentru a nu degrada componentele proprii celulei. Aceste organite se numesc lizozomi si ei sint distribuiti quasiuniform in toata masa citoplasmei. Ei sint mai numerosi in celulele care fagociteaza (unele limfocite, unele celule gliale, conjunctive etc.). 

    Pentru asigurarea deplasarilor ordonate ale cromozomilor in timpul diviziunii celulare este necesar un centru cinetic, numit, din acest motiv, centrozom.

    Pe fata interna a membranei pericelulare se distribuie o retea de filamente proteice care confera acesteia, in primul rind, rezistenta mecanica (citoschelet). Alte filamente proteice se distribuie in masa citoplasmei si indeplinesc roluri diferite (actomiozina -rol ontractil, neurofilamente - rol mecanic si de transport al veziculelor cu neuromesageri etc.). 

    Celula este un sistem deschis si formeaza cu ambientul propriu un sistem termodinamic. Daca ne referim la celula ca organism (protozoar), trebuie precizat faptul ca ea doar se adapteaza la mediu, dar nu este capabila sa-si adapteze mediul la nevoile sale. Spre deosebire de aceasta, celula componenta a organismului pluricelular nu este obligata la nici una dintre aceste "corvezi". Aceasta intrucit ambientul ei (lichidul interstitial) este tot timpul pus in acord (cantitativ si calitativ) cu nevoile sale de catre sistemele homeostazice (digestiv, respirator, excretor, circulator) specializate in acest sens. Desigur, celulele care compun aceste sisteme de organe sint contribuabile la realizarea homeostaziei, dar nu in interes propriu in primul rind, ci in interesul intregului, al organismului si abia in acest fel devin si ele beneficiare, in mod secundar, de un ambient quasiconstant. 

    Dupa cum bine s-a inteles, organitele descrise mai sus asigura, prin functiile lor, existenta celulei, considerata in general, ca unicul sistem viu in sine si prin sine. Dar, existenta viului nu are un scop in sine: viul nu exista ca sa existe, ci ca sa devina, sa progreseze. Devenirea cade in sarcina unui alt organit -nucleul celular-, care contine ADN-ul. Specificul macromoleculei de ADN este acela de a se desface si recombina mereu, in "speranta" obtinerii de aranjamente noi, cu alte valente functionale, ca potente, ce se vor concretiza in noi fenotipuri. Desi identice in alcatuirea lor, macromoleculele de ADN difera intre ele in plan functional prin "inclinatia" pe care o au de se recombina preponderent in aranjamente aproape identice cu cele anterioare (ceea ce numim conservatism) sau, dimpotriva, de a genera aranjamente mult deosebite de cele care au fost (ceea ce numim variabilitate). Singurele celule care manifesta o puternica inclinatie spre variabilitate (specializare) sint celulele generatoare de gameti: cele din ovar, pentru gametul ovul si cele din testicul, pentru gametul spermatozoid (gamet, de la gamos care inseamna casatorie). Celelalte celule, care intra in alcatuirea sistemelor de organe homeostazice (respirator, digestiv, excretor etc.), au in nucleul lor macromolecule de ADN puternic inclinate spre conservatism (tot specializare). Astfel, devenirea cade in sarcina directa si exclusiva a organelor gametogene (ovar si testicul), motiv pentru care ele nu participa la realizarea homeostaziei, fiind doar beneficiare in acest plan, celelalte celule din sistemele homeostazice (digestiv, respirator, excretor etc.) participind doar in mod indirect la devenire, prin asigurarea homeostaziei in beneficiul celor dintii. O comparatie sugestiva, si nu numai, este aceea cu un stup de albine (considerarea albinelor ca fiinte sociale este nu numai bazata pe considerente superficiale, ci si denigratoare pentru societatea umana!). Raspunzatoare in mod direct si exclusiv de devenire, in cazul stupului, sint doar femela (matca) si (prezint scuzele de rigoare barbatilor!) trintorul. Restul albinelor -numite sugestiv lucratoare-, care suporta un accentuat proces de diviziune sociala a muncii: unele aerisesc stupul, altele il curata, altele sintetizeaza ceara fagurelui, altele aduc nectarul etc. Ele nu fac decit sa asigure homeostazia stupului in beneficiul direct al perechii "regale" si, desigur, si in beneficiul lor -dar in plan secund. Albinele lucratoare sint intratit aservite perechii raspunzatoare de devenire, incit sint lipsite de sistem de procreatie (sint sterile, asexuate). Tot asa cum integral sint aservite celulelor gametogene celulele ce alcatuiesc sistemele homeostazice (digestiv, respirator, excretor etc.) din organismul pluricelular, inclusiv cel uman.