Compartimentació cel·lular, citosol i models biològics

I 0 flashcards i 3 preguntes més al document.

Text del document

APUNTS BIOLOGIA Grau en Biotecnologia Universitat de Vic - Universitat Central de Catalunya AprenAI 2026-2027 Apunts de Biologia sobre compartimentació cel·lular, metabolisme al citosol i orgànuls, hepatòcit vs. pàncrees i ús d'organismes model en biomedicina.

APREN.AI Índex 1 Bases universals de la cèl·lula i flux d'informació genètica La cèl·lula com a unitat fonamental dels éssers vius El dogma central i la redefinició del concepte de gen Comportament termodinàmic i biocatàlisi a la cèl·lula 2 Compartimentació cel·lular i rutes metabòliques al citosol i orgànuls El concepte de compartimentació cel·lular Especialització cel·lular: hepatòcit versus cèl·lula exocrina pancreàtica Avantatge evolutiu i distribució de vies metabòliques 3 Models biològics per a la recerca en malalties humanes Criteris de selecció dels organismes model Principals organismes model utilitzats en biomedicina 4 Resum per repassar Principis universals de la cèl·lula i flux gènic Compartimentació cel·lular i distribució metabòlica Models animals en recerca biomèdica Solucions de les preguntes de repàs Aquests apunts poden contenir errors o omissions.

Són un material de suport i no substitueixen el temari oficial ni el professorat: contrasta la informació important. Compartimentació cel·lular, citosol i models biològics 1 1 Bases universals de la cèl·lula i flux d'informació genètica EN ACABAR SABRÀS Identificar les estructures universals de la cèl·lula i la maquinària de replicació Explicar com l'splicing alternatiu permet generar diverses proteïnes d'un sol gen Relacionar l'activitat metabòlica cel·lular amb els principis de la termodinàmica PENSA-HI ABANS DE LLEGIR 1 Si el genoma humà té uns 20.000 gens, com és possible que disposem de més de 100.000 proteïnes diferents?

La cèl·lula com a unitat fonamental dels éssers vius La cèl·lula constitueix la unitat anatòmica, fisiològica i d'origen de qualsevol ésser viu. Es tracta d'una porció de matèria organitzada amb capacitat per executar de manera autònoma les tres funcions vitals: nutrició, relació i reproducció. De manera global, l'arquitectura cel·lular bàsica s'articula a partir de tres components principals: Membrana plasmàtica: barrera que delimita la cèl·lula i regula selectivament l'entrada i la sortida de substàncies. Citoplasma: espai intern ocupat majoritàriament pel citosol i per estructures especialitzades denominades orgànuls (com mitocondris, ribosomes, lisosomes o vacúols).

Nucli: centre de control que custodia el material genètic (ADN i ARN) i coordina l'activitat metabòlica i cel·lular. Totes les cèl·lules comparteixen un conjunt de mecanismes moleculars universals per conservar i expressar la informació biològica. En primer lloc, emmagatzemen la informació genètica en forma d'ADN. Per transmetre-la fidelment a la descendència, repliquen aquest ADN utilitzant una molècula motllo mitjançant un complex conjunt enzimàtic. Compartimentació cel·lular, citosol i models biològics 2 Esquema del complex de replicació de l'ADN. Durant la replicació de l'ADN, la topoisomerasa relaxa la tensió helicoïdal, mentre que la helicasa separa les dues cadenes.

Les proteïnes d'unió a cadena simple (SSB) estabilitzen l'ADN monocatenari. La primasa sintetitza els encebadors necessaris perquè les ADN polimerases (Polδ i Polα) sintetitzin tant la cadena avançada com els fragments d'Okazaki de la cadena retardada, que posteriorment són units per la ADN ligasa. COMPROVA-HO 2 Quina és la funció clau de l'ADN motllo durant la replicació cel·lular?

El dogma central i la redefinició del concepte de gen El flux bàsic de la informació genètica comprèn dues etapes clau: la transcripció, mitjançant la qual l'ADN es copia a ARN per acció de la polimerasa, i la traducció, on els ribosomes descodifiquen l'ARN missatger (ARNm) per acoblar cadenes polipeptídiques específiques. Compartimentació cel·lular, citosol i models biològics 3 Esquema de la transcripció nuclear i traducció citoplasmàtica. Històricament s'havia postulat la regla «un gen = una proteïna», però avui sabem que aquesta afirmació és només parcialment correcta.

Hi ha gens que regulen l'activitat d'altres seqüències i gens capaços de generar més d'una proteïna diferent gràcies a mecanismes de processament de l'ARN. DEFINICIÓ El splicing alternatiu és un procés comú en eucariotes i determinats virus pel qual els exons d'un pre-ARNm primari s'acoblen en combinacions diferents, donant lloc a diversos ARNm madurs a partir d'un sol gen. Compartimentació cel·lular, citosol i models biològics 4 Diagrama de l'splicing alternatiu i generació de proteïnes. Gràcies a l'splicing alternatiu, un sol gen és capaç de codificar diverses proteïnes funcionals distinctes.

Aquest fenomen explica per què el nombre total de proteïnes funcionals d'un organisme és molt superior al nombre de gens del seu genoma. PROCÉS Flux de l'expressió genètica ADN gènic Informació en doble hèlix 1 Transcripció Síntesi del pre-ARNm al nucli 2 Splicing alternatiu Recombinació diferencial d'exons 3 ARNm madurs Exportació de variants al citosol 4 Traducció ribosomal Producció de proteïnes diverses 5 Compartimentació cel·lular, citosol i models biològics 5 ERROR FREQÜENT No confonguis el transcript primari (pre-ARNm) amb l'ARNm madur.

Creure que el genoma conté un nombre idèntic de gens i de proteïnes és un error habitual: el splicing alternatiu trenca la correspondència 1:1 entre gens i polipèptids. Comportament termodinàmic i biocatàlisi a la cèl·lula La cèl·lula opera de manera similar a una factoria altament coordinada per aconseguir la màxima eficiència energètica. D'acord amb les lleis de la termodinàmica, els sistemes naturals tendeixen a augmentar el desordre de l'univers (entropia). La cèl·lula manté el seu elevat grau d'ordre intern generant desordre al seu entorn immediat, requerint energia lliure per dur a terme el treball biològic.

Per fer viables aquests processos en condicions cel·lulars, actuen els enzims com a catalitzadors biològics. Aquestes molècules permeten accelerar o retardar la velocitat de les reaccions químiques sense consumir-se ni formar part dels productes finals de la reacció. COMPROVA-HO 3 Com pot una cèl·lula mantenir una estructura interna tan ordenada sense infringir les lleis de la termodinàmica? IDEES CLAU La cèl·lula és la unitat anatòmica, fisiològica i reproductiva bàsica dels éssers vius. El flux universal d'informació genètica va de l'ADN a l'ARN i finalment a la síntesi de proteïnes. L'splicing alternatiu permet sintetitzar proteïnes diferents a partir d'un mateix gen primari.

Les cèl·lules mantenen el seu ordre intern consumint energia lliure i cedint desordre al medi extern. Els enzims actuen com a catalitzadors cel·lulars modulant la velocitat de les reaccions metabòliques. COMPROVA EL QUE HAS APRÈS 4. Per què el nombre de proteïnes d'una cèl·lula humana és superior al seu nombre de gens? 5. Quin paper tenen les proteïnes SSB a la forqueta de replicació? Compartimentació cel·lular, citosol i models biològics 6 Test Encercla la resposta correcta. Les solucions són al final. 6. Quin enzim sintetitza l'encebador d'ARN imprescindible per iniciar la duplicació de la cadena d'ADN? 7.

Quin fenomen trenca l'equivalència estricta «un gen = una proteïna» en organismes eucariotes? 8. Com manté la cèl·lula el seu estat d'alta organització segons la termodinàmica? 9. Quin enzim s'encarrega d'unir de forma covalent els fragments d'Okazaki a la cadena retardada?

2 Compartimentació cel·lular i rutes metabòliques al citosol i orgànuls EN ACABAR SABRÀS Distingir amb precisió conceptual el citosol del citoplasma Comparar les proporcions d'orgànuls segons l'especialització de l'hepatòcit i el pàncrees Assignar les principals vies del metabolisme intermedi al seu compartiment intracel·lular PENSA-HI ABANS DE LLEGIR 10 Per què una cèl·lula necessita separar físicament amb membranes la síntesi dels greixos de la seva degradació?

El concepte de compartimentació cel·lular La introducció de la microscòpia electrònica va revolucionar la visió de la cèl·lula: no és una bossa líquida homogènia en dues dimensions, sinó una estructura tridimensional delimitada dividida en dominis interns.

La compartimentació cel·lular defineix l'existència de regions tancades per membranes Topoisomerasa a) ADN primasa b) ADN helicasa c) ADN ligasa d) La replicació semiconservativa a) L'splicing alternatiu b) La unió per SSB c) L'acció catalítica d'enzims d) Generant desordre a l'entorn a) Aturant les reaccions enzimàtiques b) Reduint l'entropia universal c) Destruint energia lliure d) ADN ligasa a) ADN polimerasa Polα b) Helicasa c) Topoisomerasa d) Compartimentació cel·lular, citosol i models biològics 7 amb funcions bioquímiques especialitzades, establint una divisió del treball eficient.

Els compartiments o orgànuls cel·lulars es classifiquen en dues categories fonamentals: Orgànuls membranosos: envoltats per bicapes lipídiques pròpies. Inclouen el nucli, els mitocondris, el reticle endoplasmàtic (llis i rugós), l'aparell de Golgi, els peroxisomes, els lisosomes i els endosomes. Orgànuls no membranosos: complexos macromoleculars que manquen d'embolcall lipídic, com els ribosomes o els microfilaments del citosquelet. En volum total, el citosol és el compartiment més gran de la cèl·lula. Ofereix el medi líquid aquós on es dissolen soluts i molècules i on succeeixen nombroses reaccions químiques.

Dins dels orgànuls membranosos, els mitocondris i el reticle endoplasmàtic ocupen també una porció molt notable de l'espai cel·lular. DEFINICIÓ El citosol és exclusivament la fracció líquida aquosa delimitada entre la membrana plasmàtica i el nucli. En canvi, el citoplasma és un concepte més ampli que comprèn tant el citosol com el conjunt d'orgànuls immersos en ell. COMPROVA-HO 11 Quina és la diferència concreta entre citosol i citoplasma? Especialització cel·lular: hepatòcit versus cèl·lula exocrina pancreàtica La compartimentació no és uniforme entre totes les cèl·lules d'un mateix organisme.

La dotació i la proporció d'orgànuls s'adapten estretament a la funció fisiològica de cada teixit i a les seves necessitats metabòliques.

Tipus de membrana Hepatòcit hepàtic (% de membrana total) Cèl·lula exocrina pancreàtica (% de membrana total) Membrana plasmàtica 2 % 5 % Reticle endoplasmàtic rugós (RER) 35 % 60 % Reticle endoplasmàtic llis (REL) 16 % < 1 % Aparell de Golgi 7 % 10 % Membrana mitocondrial externa 7 % 4 % Membrana mitocondrial interna 32 % 17 % Membrana interna nuclear 0,2 % 0,7 % Compartimentació cel·lular, citosol i models biològics 8 Tipus de membrana Hepatòcit hepàtic (% de membrana total) Cèl·lula exocrina pancreàtica (% de membrana total) Vesícules secretores No determinat 3 % Lisosomes, peroxisomes i endosomes 0,4 % cadascun No determinat Aquesta anàlisi quantitativa demostra que la cèl·lula exocrina pancreàtica està orientada a la síntesi i exportació massiva de proteïnes enzimàtiques: per això destina un 60 % de les seves membranes al RER, acompanyat de grànuls secretors molt evidents i un aparell de Golgi desenvolupat (10 %).

Per contra, l'hepatòcit exhibeix un metabolisme lipídic i de detoxificació molt actiu, reflectit en un 16 % de REL (enfront de menys de l'1 % al pàncrees) i abundants peroxisomes, endosomes i lisosomes per neutralitzar compostos i realitzar biotransformacions. Microscòpia electrònica d'un hepatòcit hepàtic amb abundants orgànuls. Compartimentació cel·lular, citosol i models biològics 9 Microscòpia d'una cèl·lula pancreàtica mostrant grànuls de secreció. Detall microscòpic de complexes proteics en migració cel·lular. Compartimentació cel·lular, citosol i models biològics 10 Organització dels microfilaments del citosquelet a la perifèria cel·lular.

ERROR FREQÜENT Confondre les funcions del RER i del REL. Recorda: el RER conté ribosomes i fabrica proteïnes (dominant al pàncrees exocrí); el REL manca de ribosomes i sintetitza lípids, a més d'intervenir en la detoxificació (molt abundant a l'hepatòcit). Avantatge evolutiu i distribució de vies metabòliques La compartimentació aporta un avantatge adaptatiu decisiu: confina substrats i enzims específics en volums reduïts, multiplica l'eficiència catalítica, evita interferències entre reaccions incompatibles i permet una regulació dinàmica, com succeeix en el cicle cel·lular on determinats complexos proteics es desplacen d'un compartiment a un altre segons la fase.

Les rutes metabòliques essencials es troben distribuïdes selectivament entre els compartiments: Mitocondris: seu de la respiració cel·lular. Acullen el cicle de Krebs, la cadena respiratòria associada a la fosforilació oxidativa, la -oxidació dels àcids grassos, la desaminació oxidativa d'aminoàcids (i certes transaminacions), part de la gluconeogènesi (conversió de piruvat a oxalacetat [OAA]), síntesi i degradació de cossos cetònics, així com etapes clau de la síntesi de l'hemo i del cicle de la urea.

Reticle endoplasmàtic: especialitzat en la síntesi de fosfolípids i triacilglicerols (TAG), elongació i desaturació d'àcids grassos, fases de la síntesi d'esteroides, biotransformació de xenobiòtics i conversió de glucosa-6-fosfat a glucosa lliure en teixits amb glucosa-6-fosfatasa (com el fetge). β Compartimentació cel·lular, citosol i models biològics 11 Citosol: acull la glicòlisi completa, part de la gluconeogènesi, la ruta de les pentoses fosfat, la síntesi de novo d'àcids grassos, la síntesi d'aminoàcids no essencials amb reaccions de transaminació, el metabolisme de les purines i fases de la síntesi de la urea.

Aparell de Golgi: efectua modificacions post-traduccionals de proteïnes (com la glicosilació) i s'encarrega de la classificació, empaquetament i formació de vesícules secretores. COMPROVA-HO 12 Quines etapes de la utilització i síntesi de lípids es troben espacialment separades entre el mitocondri i el citosol? ESQUEMA Compartimentació metabòlica cel·lular IDEES CLAU La compartimentació cel·lular separa funcionalment reaccions metabòliques mitjançant membranes internes. El citosol és el medi líquid, mentre que el citoplasma engloba citosol i orgànuls. L'hepatòcit presenta molt més REL i mitocòndria que la cèl·lula exocrina del pàncrees, la qual prioritza el RER per a la secreció proteica.

Els mitocondris alberguen el cicle de Krebs, la cadena de transport electrònic i la -oxidació. El citosol és l'espai metabòlic per a la glicòlisi, la síntesi d'àcids grassos i la via de les pentoses fosfat. COMPROVA EL QUE HAS APRÈS 13. A quin compartiment cel·lular es realitzen les modificacions post-traduccionals com la glicosilació? 14. Per què la cèl·lula exocrina del pàncrees té un 60 % de membrana dedicat al RER?

Citosol Reaccions solubles Glicòlisi i pentoses Degradació de carbohidrats Síntesi d'àcids grassos Anabolisme lipídic Mitocondri Bioenergètica i oxidació Cicle de Krebs i cadena Respiració cel·lular i ATP Beta-oxidació Degradació lipídica Reticle endoplasmàtic Síntesi i biotransformació Lípids i xenobiòtics Fosfolípids i detoxificació β Compartimentació cel·lular, citosol i models biològics 12 Test Encercla la resposta correcta. Les solucions són al final. 15. Quin orgànul cel·lular és responsable de la síntesi de fosfolípids, TAG i detoxificació de xenobiòtics? 16. Quin compartiment cel·lular acull de manera exclusiva la ruta completa de la glicòlisi? 17.

En quin tipus cel·lular trobem un percentatge significativament superior de REL a causa del seu paper desintoxicant? 18. Quina de les següents rutes metabòliques té lloc principalment a l'interior dels mitocondris?

3 Models biològics per a la recerca en malalties humanes EN ACABAR SABRÀS Identificar els avantatges i inconvenients dels principals models animals utilitzats en biomedicina Distingir quins organismes presenten glia i organització de vertebrats Argumentar la tria entre un model invertebrat ràpid i un mamífer segons el cost i l'objectiu de la recerca PENSA-HI ABANS DE LLEGIR 19 Per què no s'utilitzen ratolins per a totes les recerques biomèdiques si són els animals més semblants als humans?

Lisosoma a) Peroxisoma b) Reticle endoplasmàtic c) Aparell de Golgi d) Citosol a) Nucli b) Lumen del RER c) Matriu mitocondrial d) Hepatòcit a) Neurona b) Cèl·lula exocrina pancreàtica c) Miòcit d) Glicòlisi a) Beta-oxidació d'àcids grassos b) Via de les pentoses fosfat c) Síntesi de novo d'àcids grassos d) Compartimentació cel·lular, citosol i models biològics 13 Criteris de selecció dels organismes model Per investigar les bases moleculars de la fisiologia i patologia humanes, els científics utilitzen organismes model. No tots els animals són igualment útils per a totes les preguntes biològiques.

La tria d'un model requereix valorar un equilibri entre simplicitat operativa i rellevància clínica. Els trets indispensables que han de complir els models biològics inclouen: Organisme estructuralment simple i fàcil de manipular. Cicle de vida curt i capacitat per generar descendència nombrosa (elevada progènie). Cost econòmic reduït de manteniment a l'estabulari o laboratori. Conservació genètica i metabòlica (alta homologia en les rutes biològiques primordials). COMPROVA-HO 20 Quina relació hi ha entre la rapidesa d'un estudi biològic i la tria d'un organisme model?

Principals organismes model utilitzats en biomedicina Segons la complexitat del sistema o la malaltia a tractar, els laboratoris recorren a diferents espècies: Caenorhabditis elegans (cuc nematode) Il·lustració morfològica del nematode Caenorhabditis elegans. Compartimentació cel·lular, citosol i models biològics 14 Micrografia i fases del cicle vital de C. elegans. Encara que evolutivament estigui allunyat dels mamífers, aquest petit nematode comparteix moltes vies moleculars humanes. És el sistema de referència per a estudis de neurobiologia bàsica i desenvolupament cel·lular.

Avantatges: mida petita, cultiu molt econòmic, cos completament transparent que permet el seguiment cel·lular in vivo, cicle cel·lular i de desenvolupament molt breu, elevada progènie, llinatge cel·lular determinat (es coneix la posició i el destí de cada cèl·lula), genoma totalment seqüenciat i gran facilitat de manipulació genètica. Desavantatges: carència d'estructures complexes presents en humans (per exemple, no posseeix cèl·lules de la glia), no és mamífer i la manca d'homologia del 100 % impedeix traslladar directament certs mecanismes patològics complexos. Drosophila melanogaster (mosca de la fruita) Organisme clàssic en genètica que presenta un nivell de complexitat intermedi.

Comparteix els avantatges de mida reduïda, cultiu senzill, cicle breu i fenotips fàcilment detectables. Un tret avantatjós sobre C. elegans és que Drosophila sí que disposa de cèl·lules de glia, permetent investigar interaccions neuroglials. Compartimentació cel·lular, citosol i models biològics 15 Danio rerio (peix zebra) Exemplars de Danio rerio utilitzats com a model vertebrat. És un model de gran valor biomèdic gràcies a la seva condició de vertebrat.

Conserva els beneficis dels models invertebrats (cos transparent en estadis primerencs, alta descendència, fàcil manteniment i cultiu ràpid), però incorpora sistemes d'òrgans anàlegs als humans: múscul, sang, ronyó, ulls i sistema nerviós central amb cèl·lules glials. Compartimentació cel·lular, citosol i models biològics 16 Mus musculus (ratolí) Exemplar de ratolí comú utilitzat com a model mamífer. Representa el model animal per excel·lència en medicina traslacional. En ser un mamífer vertebrat, presenta la màxima similitud fisiològica, tissular i metabòlica amb l'ésser humà, a més de tenir fenotips fàcilment avaluables.

Com a desavantatges, el ratolí té una progènie més reduïda, una esperança de vida molt més perllongada que alenteix els experiments i un cost econòmic i logístic molt elevat. Mantenir un cohort de C. elegans durant tot un any pot tenir un cost equivalent a mantenir una colònia de ratolins durant tan sols 3 mesos. PER RECORDAR-HO De menor a major similitud humana (i cost): Nematode (C. elegans) < Mosca (D. melanogaster) < Peix zebra (D. rerio) < Ratolí (M. musculus). La glia apareix a partir de Drosophila, i la columna vertebral a partir de Danio rerio. ERROR FREQÜENT Assumir que C. elegans serveix per estudiar qualsevol alteració del teixit nerviós humà.

El nematode manca per complet de cèl·lules de la glia; per a patologies que impliquin glia o mielina, cal recórrer com a mínim a la mosca de la fruita o al peix zebra. Model animal Grup zoològic Presència de glia Vertebrat Trets destacats C. elegans Nematode (invertebrat) No No Transparent; llinatge i mapa cel·lular conegut; molt ràpid i econòmic. D. melanogaster Artròpode (insecte) Sí No Fenotips clars; permet analitzar interaccions amb la glia. Compartimentació cel·lular, citosol i models biològics 17 Model animal Grup zoològic Presència de glia Vertebrat Trets destacats D. rerio Peix (vertebrat) Sí Sí Transparència embrionària; òrgans homòlegs (ronyó, ulls, múscul, sang). M.

musculus Mamífer (vertebrat) Sí Sí Màxima homologia clínica i metabòlica; cost i temps d'estudi elevats. COMPROVA-HO 21 Quin és el model animal més simple entre els descrits que permet estudiar específicament la glia del sistema nerviós? CRONOLOGIA Gradació de models biomèdics segons la seva complexitat IDEES CLAU Un organisme model ha de ser senzill de mantenir, reproduir-se amb rapidesa i tenir vies biològiques conservades. C. elegans és un nematode transparent amb el llinatge cel·lular cartografiat, però no té glia. Drosophila melanogaster incorpora glia al seu sistema nerviós i ofereix fenotips evidents.

Danio rerio és el primer vertebrat transparent útil per estudiar òrgans similars als humans a petita escala. Mus musculus és el mamífer de referència mèdica per la seva homologia, tot i comportar un elevat cost de manteniment. COMPROVA EL QUE HAS APRÈS 22. Quins dos avantatges clau té el peix zebra (Danio rerio) davant de C. elegans per analitzar malalties d'òrgans? 23. Per què un laboratori escull C. elegans en comptes del ratolí per a un cribratge farmacològic preliminar? C.elegans Nematode sense glia, molt ràpid i llinatge conegut D.

melanogaster Insecte amb presència de glia i fenotips definits Danio rerio Vertebrat amb òrgans comparables i cos transparent Mus musculus Mamífer amb màxima homologia fisiològica humana Compartimentació cel·lular, citosol i models biològics 18 Test Encercla la resposta correcta. Les solucions són al final. 24. Quin dels següents organismes model s'utilitza en neurobiologia però manca totalment de cèl·lules de la glia? 25. Quin organisme és el primer model vertebrat d'aquesta escala utilitzat per estudiar múscul, sang i ronyó? 26. Quin és el principal inconvenient de l'ús de ratolins (Mus musculus) enfront de models com el cuc o la mosca? 27.

Aproximadament, a quant equival el cost econòmic de mantenir C. elegans durant 1 any segons el document? 4 Resum per repassar Principis universals de la cèl·lula i flux gènic Concepte Definició i funció clau Cèl·lula Unitat anatòmica, fisiològica i d'origen de tot ésser viu, capaç de nodrir-se, relacionar-se i reproduir-se. Replicació de l'ADN Duplicació del genoma mitjançant una cadena motllo amb intervenció d'helicasa, primasa, ADN polimerases i ligasa. Splicing alternatiu Recombinació diferencial d'exons a partir d'un pre-ARNm primari que permet obtenir múltiples proteïnes d'un mateix gen.

Balanç termodinàmic Estat d'elevat ordre intern cel·lular mantingut mitjançant consum d'energia lliure i generació de desordre (entropia) al medi exterior.

Danio rerio a) Mus musculus b) Caenorhabditis elegans c) Drosophila melanogaster d) Saccharomyces cerevisiae a) Danio rerio b) Caenorhabditis elegans c) Drosophila melanogaster d) Impossibilitat de veure el seu fenotip a) Manca d'homologia fisiològica b) Cost elevat i temps d'estudi prolongat c) Inexistència de glia al cervell d) 5 mesos d'hepatòcits a) 3 mesos de ratolins b) 2 anys de drosophila c) 1 mes de peix zebra d) Compartimentació cel·lular, citosol i models biològics 19 Compartimentació cel·lular i distribució metabòlica Compartiment Característiques i principals rutes metabòliques Citosol Fracció líquida aquosa (compartiment de major volum); seu de la glicòlisi, via de les pentoses, síntesi d'àcids grassos i transaminacions.

Citoplasma Espai cel·lular total que integra tant el citosol soluble com tots els orgànuls cel·lulars suspesos. Mitocondri Centre respiratori: cicle de Krebs, cadena de transport d'electrons, fosforilació oxidativa, -oxidació i parts de la síntesi d'urea i hemo. Reticle endoplasmàtic Síntesi de proteïnes (RER amb ribosomes); síntesi de lípids (TAG i fosfolípids), biotransformació de xenobiòtics i glucosa-6-fosfatasa (REL). Aparell de Golgi Glicosilació i modificacions post-traduccionals de proteïnes, empaquetament i formació de vesícules secretores. Adaptació hepatòcit vs.

pàncrees L'hepatòcit prioritza REL (16 %) i mitocòndria per a detoxificació; la cèl·lula exocrina pancreàtica prioritza RER (60 %) per a secreció d'enzims. Models animals en recerca biomèdica Organisme model Característiques, avantatges i limitacions Caenorhabditis elegans Nematode transparent, econòmic, amb llinatge conegut i cicle curt; idoni per a neurobiologia però manca de glia. Drosophila melanogaster Mosca amb cicle ràpid i genètica clàssica senzilla; incorpora cèl·lules de glia en el seu sistema nerviós. Danio rerio Peix zebra: primer vertebrat transparent, útil per avaluar òrgans (ronyó, ulls, múscul, sang) i glia.

Mus musculus Ratolí mamífer: màxima homologia fisiològica i clínica amb l'ésser humà, però amb cost i cicle vital més perllongats. β Compartimentació cel·lular, citosol i models biològics 20 Solucions de les preguntes de repàs 1. Gràcies a l'splicing alternatiu, un procés on els exons d'un mateix gen es combinen de maneres diferents donant lloc a proteïnes funcionals diverses. 2. Serveix de plantilla complementària perquè les ADN polimerases sintetitzin una cadena nova exacta, garantint la transmissió fidel de la informació gènica. 3.

Manté la seva pròpia organització interna gastant energia lliure i dissipant calor cap a l'exterior, fet que augmenta el desordre (entropia) de l'entorn circumdant. 4. A causa de l'splicing alternatiu en eucariotes, procés que combina diferents exons d'un únic pre- ARNm primari per generar molècules distintes d'ARNm i diverses cadenes polipeptídiques. 5. S'uneixen a les cadenes d'ADN monocatenari un cop obertes per l'helicasa per evitar que es tornin a aparellar abans de ser copiades. 6. b) ADN primasa. L'ADN primasa sintetitza els encebadors necessaris perquè les ADN polimerases puguin començar a allargar la cadena. 7. b) L'splicing alternatiu.

L'splicing alternatiu reorganitza els exons de diverses maneres generant múltiples proteïnes a partir d'un únic pre-ARNm. 8. a) Generant desordre a l'entorn. La cèl·lula preserva el seu ordre intern compensant-ho amb la generació de desordre (entropia) al seu medi circumdant. 9. a) ADN ligasa. L'ADN ligasa segella els talls entre fragments d'Okazaki un cop eliminats els encebadors. 10. Per evitar un cicle fútil on la molècula acabada de fabricar sigui degradada immediatament, permetent regular cada procés de manera independent. 11. El citosol és exclusivament la fracció líquida interorganul·lar, mentre que el citoplasma inclou el citosol més tots els orgànuls cel·lulars suspesos. 12.

La síntesi d'àcids grassos té lloc al citosol, mentre que la seva degradació per -oxidació es duu a terme a la matriu mitocondrial. 13. A l'aparell de Golgi, que s'encarrega de la maduració química i la classificació cap a vesícules secretores. 14. Perquè la seva funció principal és la síntesi i secreció activa d'enzims digestius de naturalesa proteica cap al tub digestiu. 15. c) Reticle endoplasmàtic. El reticle endoplasmàtic (especialment el llis) realitza la síntesi de fosfolípids, TAG i la biotransformació de fàrmacs i xenobiòtics. 16. a) Citosol. La glicòlisi té lloc de manera íntegra a la fracció soluble del citoplasma o citosol. 17. a) Hepatòcit.

L'hepatòcit conté prop d'un 16 % de membrana de REL per a processos de metabolització lipídica i detoxificació. 18. b) Beta-oxidació d'àcids grassos. La degradació oxidativa dels àcids grassos ( -oxidació) es localitza a la matriu mitocondrial. 19. Pel seu elevat cost de manteniment i la seva llarga vida, que alenteixen els experiments respecte a models com nematodes o mosques. 20. Models amb cicles de vida curts com els nematodes permeten obtenir resultats i observar diverses generacions en pocs dies, a diferència dels mesos o anys que requereixen els mamífers. 21. La mosca de la fruita (Drosophila melanogaster), ja que el nematode C. elegans no en té.

β β Compartimentació cel·lular, citosol i models biològics 21 22. És un vertebrat i posseeix òrgans complets semblants als humans (ronyons, sang, ulls, múscul), a més de cèl·lules glials. 23. Pel cost extremadament reduït, la rapidesa del seu cicle reproductiu i la facilitat per detectar efectes en individus transparents a gran escala. 24. c) Caenorhabditis elegans. El nematode C. elegans no té glia en el seu sistema nerviós, a diferència de la mosca, el peix zebra o el ratolí. 25. b) Danio rerio. Danio rerio (peix zebra) és un vertebrat que presenta homologia anatòmica d'òrgans amb humans. 26. c) Cost elevat i temps d'estudi prolongat.

El ratolí és car de mantenir, té cicles de vida llargs i genera menys descendència que els invertebrats. 27. b) 3 mesos de ratolins. Mantenir el nematode durant un any sencer costa aproximadament el mateix que mantenir ratolins durant 3 mesos. Compartimentació cel·lular, citosol i models biològics 22