Proprietățile celulei
Celulele au o serie de proprietăți generale și speciale, care le asigură îndeplinirea rolului specific în ansamblul organismului. Dintre aceste proprietăți, sinteza proteică, reproducerea celulară și metabolismul celular au fost deja studiate. Proprietăți importante ale celulei sunt însă atât transportul transmembranar, cât și potențialul de membrană.
Transportul transmembranar
Membrana celulară prezintă permeabilitate selectivă pentru anumite molecule și majoritatea ionilor. Aceasta permite un schimb bidirecțional de substanțe nutritive și produși ai catabolismului celular, precum și un transfer ionic, care determină apariția curenților electrici.
​
Mecanismele implicate în transportul transmembranar pot fi grupate în două categorii principale: mecanisme care nu necesită prezența unor proteine membranare transportoare (cărăuși) și mecanisme care necesită prezența unor astfel de proteine. Din prima categorie fac parte difuziunea și osmoza, iar din a doua, difuziunea facilitată și transportul activ.
​
Un alt mod de a clasifica transportul transmembranar ține cont de consumul energetic necesar pentru realizarea lui. Astfel, există transport pasiv, care nu necesită energie pentru a se desfășura și cuprinde difuziunea, osmoza și difuziunea facilitată, și transport activ, care necesită cheltuială energetică (ATP).
Difuziunea reprezintă un mecanism care nu utilizează proteine transportatoare. Moleculele unui gaz, ca și moleculele și ionii aflați într-o soluție, se găsesc într-o mișcare dezordonată permanentă, rezultat al energiei lor. Această mișcare, numită difuziune, determină răspândirea uniformă a moleculelor într-un volum dat de gaz sau soluție. De aceea, ori de câte ori există o diferență de concentrație (gradient de concentrație) între două compartimente ale unei soluții, mișcarea moleculară tinde să elimine această diferență și să distribuie moleculele uniform.
Osmoza este, la rândul său, un mecanism care nu utilizează proteine transportatoare și e reprezenată de difuziunea apei (solventului) dintr-o soluție. Pentru ca ea să se producă, membrana care separă cele două compartimente trebuie să fie semipermeabilă (să fie mai permeabilă pentru moleculele de solvent decât pentru cele de solvit). Apa va trece din compartimentul în care concentrația ei este mai mare (soluție mai diluată) în cel cu concentrație mai mică (soluție mai concentrată). Forța care trebuie aplicată pentru a preveni osmoza se numește presiune osmotică. Ea este proporțională cu numărul de particule dizolvate în soluție.
Moleculele organice polarizate și cu greutate moleculară mare traversează membrana celulară cu ajutorul proteinelor transportoare membranare. Acest tip de transport este specific, saturabil (va exista un transport maxim pentru o anumită substanță) și pentru aceeași proteină transportoare poate apărea competiția între moleculele de transportat.
Transportul activ asigură deplasarea moleculelor și a ionilor împotriva gradientelor lor de concentrație și se desfășoară cu consum de energie furnizată de ATP. Este de mai multe tipuri:
– primar: pentru funcționarea proteinei transportoare este necesară hidroliza directă a ATP-ului. În acest caz, proteinele transportoare se numesc pompe;
– secundar (cotransport): energia necesară pentru transferul unei molecule sau ion împotriva gradientului său de concentrație este obișinută prin transferul altei energii conform gradientului ei de concentrație. De exemplu, pompa de Na+/K+.
Potențialul de membrană
Permeabilitatea selectivă a membranei, prezența intracelulară a moleculelor nedifuzibile încărcate negativ și activitatea pompei Na+/K+ creează o distribuție inegală a sarcinilor de o parte și de alta a membranei celulare. Această diferență de potențial este denumită potențial de membrană.
​
Potențialul membranar de repaus are o valoare medie de –65 mV pâna la –85 mV (valoare apropiată de cea a potențialului de echilibru pentru K+) și depinde de permeabilitatea membranei pentru diferitele tipuri de ioni. Termenul de repaus este introdus pentru a desemna un potențial de membrane atunci când la nivelul acesteia nu se produc impulsuri electrice. Valoarea acestui potențial se datorează activității pompei Na+/K+, care reintroduce în celulă K+ difuzat la exterior și expulzează Na+ pătruns în celulă, într-un raport de 2 K+ la 3 Na+. În acest mod, o celuă își menține relativ constantă concentrația intracelularp a ionilor de Na+ și K+ la un potențial membranar constant, în absența unui stimul.
​
Potențialul de acțiune este modificarea temporară a potențialului de membrane. Celulele stimulate electric generează potețiale de acțiune prin modificarea potențialului de membrană.
Mecanismele de producere, aspectul și durata potențialului de acțiune sunt diferite în funcție de tipul de celulă, dar principiul de bază este același: modificarea potențialului de membrană se datorează unor curenți electrici care apar la trecerea ionilor prin canalele membranare specifice, ce se închid sau se deschid în funcție de valoarea potențialului de membrană.
Pentru a enumera fazele potențialului de acțiune, se poate lua ca exemplu neuronul.
Perioada refractară reprezintă intervalul de timp pe parcursul căruia este dificil de obținut un potențial de acțiune. Există două perioade refractare:
〈 perioada refractară absolută, pe parcursul căreia, indiferent de intensitatea stimulului, nu se poate obține un nou potențial de acțiune. Cuprinde panta ascendentă a potențialului de acțiune și o porțiune din cea descendentă și se datorează inactivării canalelor pentru Na+;
〈 perioada refractară relativă, pe parcursul căreia se poate iniția un al doilea potențial de acțiune, dacă stimulul este suficient de puternic. Potențialul de acțiune obþinut astfel are o viteză de apariție a pantei ascendente mai mică și o amplitudine mai redusă decât în mod normal.
Potențialul de acțiune, odată generat în orice punct al unei membrane excitabile, va stimula, la rândul lui, zonele adiacente ale acesteia, propagându-se în ambele sensuri, până la completa depolarizare a membranei. Transmiterea depolarizării în lungul unei fibre nervoase sau musculare poartă denumirea de impuls (nervos sau muscular).
Proprietățile speciale ale celulelor sunt contractilitatea (proprietatea celulelor musculare de a transforma energia chimică a unor compuși în energie mecanică) și activitatea secretorie. Fiecare celulă sintetizează substanțele proteice și lipidice proprii, necesare pentru refacerea structurilor, pentru creștere și înmulțire. Unele celule s-au specializat în producerea de substanțe pe care le „exportă“ în mediul intern (secreție endocrină) sau extern (secreție exocrină).
