|
TRIBUNA NOASTRA |
STRUCTURA MATERIEI VII
O calatorie catre misterul vietii
de Wladimir Paskievici
|
Tot ce este viu: animal, planta
sau ciuperca este compus din celule. Unele organisme sunt compuse numai
dintr-o singura celula, ca de exemplu amiba; altele sunt compuse din colonii
de celule identice; dar cele mai avansate, sunt multicelulare. Astfel, omul
este compus din circa 100.000 de miliarde (1014)
de celule! In acest ultim caz, celulele sunt diferite intre ele,
specializate pentru functii fiziologice diferite; ca de exemplu, celulele
care compun fibrele musculare, celulele nervoase, celulele stomacului,
celulele pielii, spermatozoizii, etc… (corpul uman contine cca. 220 tipuri
diferite de celule!)
Structura celulei – Rezumat.
• ribozomii care fabrica materia prima a celulelor (proteinele); • reteaua endoplasmica (ER) care canalizeaza circulatia diverselor substante in sanul celulei); • aparatura lui Golgi care transforma proteinele produse de ribozomi in substantele precise de care are nevoie celula ca sa poata functiona; • lizozomii care digera « alimentele » absorbite de celula; • vacuole care aduna si expulzeaza resturile si produsele secretate de celula; • mitocondrii care constituie centrala de energie a celulei; • citoscheletul care constituie « armatura » celulei; si, • nucleul care este centrul de comanda a celulei. Nucleul este format dintr-o membrana dubla, nucleoli care produc ribozomii si dintr-o substanta gelatinoasa, numita nucleoplasma care contine materialul genetic organizat in filamente de cromatina.
Structura celulei - Detalii. Citoplasma. Citoplasma este gelatinoasa si umple spatiul intre membrana celulara si nucleu. Ea contine proteinele solubile, enzimele, numeroase substante chimice si orga-nitele. In citoplasma se formeaza toti constituentii celulei. In plus, citoplasma contribuie la mentinerea formei celulei, permite circulatia substantelor in celula si contribuie la deplasarea acesteia. Ribozomii. Un ribozom este un sistem complex, compus din nenumarate molecule, cuprinzand proteine (circa 30 tipuri distincte) si acidul ribonucleic (ARN), foarte asemanator cu acidul dezoxiribonucleic (ADN). Ribozomul transforma codul genetic inscris in moleculele ADN - si trasmis prin moleculele ARN - in exact secventa de aminoacizi care produc proteinele necesare celulei. Dat fiind ca productia (sinteza) de proteine este o activitate vitala a celulei, exista sute si chiar mii de ribozomi intr-o singura celula care contribuie la aceasta fabricatie. Se pare ca locul de productie al proteinelor nu se gaseste in interiorul ribozomilor, ci la suprafata lor, mai exact, in spatiul cuprins intre ribozomii adiacenti. Reteaua endoplasmica (ER). Reteaua endoplasmica constituie o retea de canale ce traverseaza celula. Prin aceste canale circula moleculele ce sunt destinate a ocupa un spatiu bine definit, pentru o functie bine definita, contrar moleculelor ce «plutesc» in citoplasma. Exista doua categorii de ER: cele avand o suprafata aspra acoperita de ribozomi si cele avand o suprafata neteda, fara ribozomi. Primele produc proteinele ce raman in interiorul retelelor sau sunt conduse la locul lor de destinatie; celelalte produc lipidele (substantele grase), distrug toxinele produse de celule sau introduse in ele si constituie rezervoare de calcium. In conjuctie cu ribozomii, ER joaca un rol important in producerea, «impachetarea» si transportul proteinelor in celula. Aparatura lui Golgi (AG). Aparatura lui Golgi este constituita dintr-o serie de saci plati de forma concava (sacule) prelungite de vezicule. Ca multe alte structuri biologice, AG are mai multe roluri: AG participa la sinteza si transportul la destinatie al proteinelor constitutive ale celulelor, joaca un rol important in activitatea secretativa a celulei, contribuie la reinoirea membranelor din ER si la producerea lizozomilor. Lizozomii. Lizozomii constuie sistemul digestiv al celulei. Se prezinta sub o forma sferica de mica talie inconjurata de o membrana protectoare. Sunt produsi de ER si AG. Contin, in interiorul lor, circa 50 de enzime diferite (proteine ce accelereaza reactiile biochimice) care «digera» marea majoritate a substantelor biologice ce se gasesc in celula. Lizozomii pot fi regrupati in patru categorii: granule de stocaj (al enzimelor fabricate de celula), vacuole digestive care colecteaza si distrug substantele daunatoare celulei, vacuole evacuatoare care elimina «gunoaiele» produse de celula si vacuole autofage care, in lipsa de alimente exterioare, digera anumite parti din celula (pentru ca aceasta sa poata supravietui). Mitocondriile. Mitocondriile sunt organite ce se gasesc in numar si in forme variabile de la o celula la alta, dar care au o caracteristica specifica: sistemul lor de reproducere este independent de cel al celulei propriu-zise. Strucura lor, complexa, contine mici ribozomi si celule ADN. Ele produc energia consumata de celula, «arzand» substatele grase si zaharul (glucoza) absorbit (sau fabricate), si formand o substanta (adenozina trifosfata, sau ATP), care constituie principala sursa de energie a celulei. Citoscheletul. Osatura celulei este compusa din microtuburi si din microfilamente. Microtuburile sunt lungi, practic egale in lungime, deseori legate intre ele si au o consistenta densa. Sunt constituite dintr-o proteina numita tubulina. Microfilamentele, sunt mai mari decat microtuburile, sunt compuse din mai multe fibre ondulate si se gasesc in special la periferia celulei. Sunt compuse dintr-o alta proteina, actina. Alaturi de rolul de armatura a celulei, ele asigura o oarecare mobilitate celulei si contribuie la deplasarea de molecule, de granule si de organite in sanul celulei. Nucleul. Nucleul are o forma rotunda sau ovala si o consistenta mai densa decat restul celulei. El constituie organul de comanda al intregii celule: dirijeaza fabricatia de proteine, regleaza procesele metabolice ale celulei si asigura functia de reproducere a celulei. Nucleul este compus dintr-o membrana nucleara dubla ce limiteaza volumul nucleului si controleaza schimburile de materie cu citoplasma care se efectueaza prin pori, din nucleoplasma, o substanta gelatinoasa bogata in proteine, mai densa decat citoplasma, care contine nucleole si fibre extrem de subtiri de cromatina. Nucleolele sunt dense si spongioase; ele contin molecule ARN care contribuie la formarea ribozomilor, producand proteinele si ARN folosit de acestia. Cromatina este compusa din molecule de ADN care contin informatiile genetice ale speciei («incodati» in cromozomi) si care devin vizibile in momentul actului de diviziune celulara. Organisme pluricelulare. Asa cum s-au regrupat cuarcii pentru a produce nucleoni, nucleonii pentru a produce nuclei atomici, atomii pentru a produce molecule, molecule pentru macromolecule, macromolecule pentru celule, tot asa organisme monocelulare s-au combinat pentru a produce organisme pluricelulare (crustacee, pesti, tetrapozi, pasari, etc). Acestea se caracterizeaza prin faptul ca grupuri de celule ale noului organism au constituit organele specializate in a realiza functiile biologice - hranirea, reproducerea, deplasarea, producerea de energie, etc. - a intregului organism! Substantele biologice. Principalele grupuri de molecule ce fac parte din organismele vii sunt glucidele, lipidele, proteinele si acizii nucleici. a. Glucidele (sau zaharurile), sunt constituite dintr-o molecula de baza, glucoza, compusa din 6 atomi de carbon, 12 de hidrogen si 6 de oxigen (C6H12O6). Doua molecule de glucoza formeaza lactoza, trei, celuloza, etc. Glucoza produce, prin oxidare, energia necesara vietii celulei; alte glucide, ca amidonul si glycogenul, constituie rezerve de energie. b. Lipidele sunt substante ce contin materii grase. Sunt compuse dintr-un lant de hidrocarburi saturate de tipul CH2-CH2--------CH2 si dintr-un acid organic (ce contine unul sau mai multe grupuri de tipul COOH). Un cunoscut lipid este colesterolul. Lipidele intra in compozitia hormonilor, vitaminelor si al membranelor celulare (sub forma de fosfolipide) c. Proteinele sunt substantele biologice prin excelenta. Ele reprezinta cca 50% din greutatea celulei seci. Din punct de vedere chimic, sunt compusi organici azotati; mai precis, sunt structuri compuse din aminoacizi cuprinzand grupurile acid (COOH), amina (NH2) si un radical (R), o structura complexa care variaza de la un aminoacid la altul. Desi o proteina poate fi compusa din mii de amionoacizi, acestia nu difera intre ei decat prin radicalul lor R si sunt numai in numar de 20! Proteinele au mai multe functii: proteinele regulatoare controleaza reactiile biochimice ale celulei (sub forma de hormoni sau enzime); proteinele imunitare apara integritatea celulei contra agentilor exteriori producand anticorpi, etc; in sfarsit, proteinele structurale produc membranele celulare, microfilamentii, ribozomii, etc. Gratie proprietatilor lor exceptionale - datorita structurii spatiale particulare pe care o au - ele au un rol central in metabolismul celular si in specificitatea reactiunilor biochimice ce le caracterizeaza. d. Acizii nucleici sunt substante biologice de mare complexitate. Compusi dintr-o secventa de nucleotide - fiecare nucleotida este formata dintr-o baza azotata, de un zahar (adenina, timina, guanina sau citizina) si de un grup fosfat - ele formeaza macromoleculele fundamentale ale vietii, ADN si ARN care contin toate «informatiile» necesare pentru a crea, mentine si reproduce o celula sau un organism multicelular. (ARN are un atom de oxigen mai putin decat ADN.) Aparitia substantelor biologice pe Pamant. In ce conditii au aparut substantele biologice pe Pamant? Materialele biologice contin 5 elemente chimice principale: carbonul (C), hidrogenul (H), oxigenul(O), azotul (N) si fosforul (P). Cand viata a aparut pe Pamant, atmosfera terestra, foarte incinsa, se compunea din gaz metan (CH4), amoniac (NH3), vapori de apa (H2O), bioxid de carbon (CO2), hidrogen sulfurat (H2S) si hidrogen (H2); fosforul se gasea sub forma de fosfat (PO4).
Gazele primitive au reactionat
chimic intre ele pentru a da nastere la alte molecule mai complexe. Astfel,
metanul si apa au produs (in conditiile epocii) fornaldehida (formol) si
azotul cu metanul, acidul cianhidric (HCN). Formolul a dat nastere la
zaharuri simple si la acizi grasi. Formolul cu acidul cianhidric au produs
aminoacizi si baze azotate. Aparitia si evolutia vietii pe Pamant. Ce se stie despre aparitia si evolutia vietii pe Pamant? a) Cu destula precizie: daca universul dateaza de acum 13 000 Ma (1 Ma = un milion de ani) si daca Pamantul s-a format acum 4 600 Ma, prima bacterie a aparut acum cca. 3 500 Ma, primul organism mono-celular acum cca 2-2.5 Ma, invertebratele acum 1 Ma, plantele terestre si pestii acum 400 Ma, animalele amfibii acum 300 Ma, marile reptile, acum 100 Ma, mamiferele, acum 30 Ma, umanoizii, acum 1 Ma, omul zis Neanderthal, acum 0.1 Ma (si agricultura acum 0.01Ma)
b) Cu multa siguranta: teoria
moderna a evolutiei pe Pamant, bazata pe nenumarate observatii directe
(organisme vii si fosile) precum si pe studiul geneticii, afirma ca toate
formele cunoscute ale vietii provin, prin evolutie, dintr-o celula
primitiva. Teoria evolutiei, bazata numai pe legi stiintifice (fizice,
chimice, biologice, genetice si matematice) recunoscute, este cvasiunanim
acceptata ca fiind cea mai simpla teorie care poate explica imensa
majoritate a celor observate. Verificata in nenumarate domenii - un simplu
cetatean stie ca bacteriile tratate cu antibiotice se transforma (sufera
mutatii) pentru a da nastere la forme de viata noi; de asemenea, gratie
fenomenelor de evolutie, au aparut bacterii care digera nylonul, material
artificial produs recent - zonele ei obscure (pasajele aparent brutale de la
o specie la alta cu totul deosebita) fiind rapid clarificate de observatiile
contemporane. Exemplele cele mai frapante sunt evolutia pestilor in animale
terestre si evolutia reptilelor in pasari. In ceea ce priveste provenienta tuturor fiintelor dintr-o celula initiala unica, o ipoteza mult mai surprinzatoare, iata cele mai bune dovezi : • toate celulele contin aceeasi substanta, ADN, care comanda producerea de proteine in celula si procesul de reproducere al acesteia ; • ADN-ul contine patru – si numai patru - baze azotate, ce se prezinta imperechiate (adenina + timina si guanina + citozina pentru animale; pentru plante, timina este inlocuita cu uracil); • ADN-ul produce toate proteinele de care au nevoie organismele biologice, din numai 20 de aminoacizi; • ARN-ul ribozomilor, este compus din numai trei tipuri diferite de aminoacizi); • studiul secventelor observate de-a lungul moleculei ADN de la o specie la alta indica, in combinatie cu observatii paleontologice, data aproximativa a aparitiei noilor specii si gradul de «rudenie» intre specii (existand inca sau nu). Ca si pentru teoria «big-bang» a formarii Universului, studiul acestor secvente, privite in sensul contrar al timpului, tind la un stramos primitiv unic, o celula «mama».
c) Cu o buna probabilitate: Celula
«mama» provine probabil dintr-o regrupare de bacterii. Aceste forme de viata
- care merita sa fie descrise in mod separat - au patru caracteristici
importante pentru subiectul de fata: sunt mult mai mici decat celulele
descrise (de cateva mii de ori mai mici); ele contin componenti ce se gasesc
in celule ca ribozomi, molecule ADN si ARN, proteine, etc.; comunica usor
intre ele, transferand «repliconi» care sunt mici portiuni de ADN (sau ARN)
- deci informatii - de la o bacterie la alta, de aceeasi specie sau nu si se
inmultesc foarte repede (de la 1 la cateva miliarde in 36 de ore, in
conditii favorabile!). Ele pot , in principiu, forma macrobacterii care,
prin modificari genetice, provenite din informatii diverse, ar putea da
nastere la o forma intermediara intre bacterie si celula, o «protocelula»
care la randul ei, ar evolua catre o forma de viata mai «inaintata», celula-
mama. d) Speculatii. Speculatiile intra in doua mari categorii, bine cunoscute: cele care pretind ca viata ca si restul universului sensibil a fost creat de o fiinta superioara si cele care considera ca viata este consecinta legilor fizico-chimice ale unui Univers care s-a creat el insusi. Credinta intr-un Dumnezeu este la baza primei categorii , pe cand istoria progresului stiintei este la baza celeilalte. Astazi, credinta si stiinta convietuiesc, cu mai mult sau mai putin succes, in fiecare din noi. Subiectul ramane insa deschis si evolueza. Cu atat mai bine…
Fantezie. Imi permit sa imprumut o
idee al autorului Bernard Werber care, in ultima sa trilogie «Nous les
Dieux» (Éditions Albin Michel, 2004, 2005 si 2006?) descrie evolutia
spiritului dupa moartea corpului (el crede in reincarnare). La sfarsitul
ciclurilor de reincarnare, spiritul se gaseste la nivelul 3. Dupa alte
probe, acesta poate atinge nivelul 4, cel al ingerilor. Urmeaza nivelul 5,
cel al ucenicilor-zei, etc. La nivelul 9 se gaseste Spiritul Superior.
1.- sa reziste la efectele
ambientale variabile in timp si spatiu (materia inconjuratoare, variatii de
temperatura, etc.) Nota de trecere pentru a deveni zeu (nivelul 6) este 5/10; cei ce obtin 10/10 devin, la randul lor, maestrii zei. Solutia ceruta este cea mai ingenioasa posibila. In calitate de ucenic- zeu, sunteti deja la curent cu toate legile fizice si chimice de pe acel glob - care seamana mult cu Pamantul - si cunoasteti deci, infinitele posibilitati ale lanturilor de hidrocarburi precum si existenta materialelor biologice: proteinele, aminoacizii, acizii nucleici, etc. Treceti direct la designul unei celule. Trebuie sa alegeti o dimensiune potrivita, o suprafata delimitativa, care trebuie sa reziste la actiunea coroziva a agentilor exteriori, sa aiba pori prin care vor putea intra substante «hranitoare» si sa iasa «resturile»; un sistem digestiv care transforma substantele ce intra in celula in substante constitutive ale celulei; un sistem circulatoriu, care transporta materiile dintr-un loc la altul, un sistem imunitar care prezerva integritatea celulei, un sistem de productie de energie, un sistem de control, un sistem de reproducere si asa mai departe. Daca conceptia a fost corecta, ati rezolvat primele doua dificultati. Pentru a treia, trebuie sa creati tipuri de organisme vii (multi-celulare) diferite intre ele sau, mai ingenios, sa «incodati» in moleculele ADN ale celulei de baza, posibilitatea ca aceasta sa se asocieze cu alte celule asemanatoare; apoi, sa aveti incredere in legile evolutiei pentru a crea diferentierea intre organismele astfel formate. Pentru a crea si folosi unelte, un organism viu trebuie sa aiba imaginatie si memorie. Lucrarea practica devine mult mai complicata. Aveti idee ce este de facut? Sa presupunem ca solutionati si aceasta dificultate. Pentru a trece examenul, trebuie sa introduceti «constiinta», adica sa creati un umanoid. Cum se termina examenul? Propun mai multe posibilitati:
a.- nici un ucenic zeu n-a reusit
examenul in intregime; Stimate cititor, ce posibilitate iti pare mai «realista»? Poate alta? ____________________ * Material intrebuintat din «La Vie: Un équilibre à maintenir, Biologie générale», de Gilles Isabelle et Denise Bergeron, 560 pages, Ed. Lidec, 1999 si Enciclopedia Wikipedia de pe Internet. Ca lectura, recomand magistrala carte Le hasard et la nécessité de Jacques Monod, premiu Nobel, Éd. Le Seuil, 1970. Noutati din cer si de pe pamant
Somnul a intrigat de intotdeauna
omul. Cercetatorii au studiat - si continua sa studieze - fiziologia
somnului, atat la om cat si la animale. Dintre acestea, au fost intrigati in
mod special de somnul balenelor, delfinilor si albatrosilor. Primele doua
traiesc in apa, dar respira la suprafata. Cum respira cand dorm, stiind ca
nu pot pluti indelungat la suprafata apei pentru ca pielea lor este atacata
de aer daca se usuca?
-----------------------------------------
---------------------------------- (Sursa : revista Science din 17 Martie 2006) |