Biologia Cel·lular i Genètica Bàsica: Apunts i Resum

I 0 flashcards i 13 preguntes més al document.

Text del document

APUNTS BIOLOGIA CEL·LULAR I FONAMENTS DE GENÈTICA Grau en Medicina Universitat Rovira i Virgili AprenAI 2026-2027 Apunts complets de Biologia Cel·lular i Genètica (Medicina URV): origen de la vida, teoria cel·lular, virus, parasexualitat, mendelisme i transports de membrana.

APREN.AI Índex Bloc 1 1 Origen de la vida i evolució cel·lular primitiva Condicions de la Terra primitiva i evolució química Comprovació experimental: Miller i Oró Models precel·lulars i la transició cap a la vida La hipòtesi del món d'ARN Primeres cèl·lules autònomes i el canvi ambiental global Diversificació cel·lular: de LUCA a la cèl·lula eucariota 2 Teoria cel·lular i classificació dels éssers vius Desenvolupament històric del microscopi i descobriment de la cèl·lula Postulats canònics de la teoria cel·lular moderna Evolució dels sistemes taxonòmics Característiques dels regnes moderns i estructura dels eubacteris 3 Biologia viral i cicles d'infecció Naturalesa i concepte de virus Descobriment històric de les partícules víriques Criteris de classificació i diversitat estructural Cicles reproductius en bacteriòfags: lític versus lisogènic Cicles d'infecció en cèl·lules animals: fusió directa i endocitosi Bloc 2 4 Reproducció asexual i mecanismes de parasexualitat bacteriana Reproducció asexual: clonació cel·lular i variants vegetatives Parasexualitat bacteriana: transferència horitzontal de gens Elements genètics transposables i cartografia gènica 5 Reproducció sexual, meiosi i cicles biològics Fonaments de la reproducció sexual Organització cromosòmica, meiosi i variabilitat genètica Cicles biològics de reproducció sexual Bloc 3 6 Principis mendelians i terminologia de la genètica Terminologia fonamental en genètica Genètica clínica: conceptes, trastorns i arbres genealògics Principis mendelians de l'herència Biologia Cel·lular i Genètica Bàsica: Apunts i Resum 1 7 Modificacions de les proporcions mendelianes i interaccions gèniques Fenòmens d'expressió: penetrància i expressivitat variable Pleiotropia Dominància incompleta, codominància i al·lelisme múltiple Al·lels letals, subletals i deleteris Interaccions gèniques: epistasia Herència quantitativa o poligènica Bloc 4 8 Estructura, ultraestructura i composició lipídica de la membrana plasmàtica Organització ultraestructural i criteris de membrana unitària Composició química global i propietats dels fosfolípids Asimetria lipídica i senyalització cel·lular Esfingolípids, colesterol i microdominis (lipid rafts) 9 Proteïnes de membrana, glicocàlix i dinàmica del mosaic fluid El model del mosaic fluid i la dinàmica de membrana Classificació de les proteïnes de membrana Glicoproteïnes eritrocitàries: glicoforina i Banda 3 El glicocàlix: estructura i funcionalitat cel·lular 10 Transport de molècules de baix pes molecular: passiu i actiu La membrana com a barrera selectiva Difusió simple a través de la bicapa lipídica Difusió facilitada: canals i transportadors (carriers) Transport actiu: primari i secundari La bomba de sodi-potassi (Na+/K+-ATPasa) 11 Fisiologia del transport epitelial polaritzat: enteròcits i absorció de glucosa Organització estructural i polaritat de l'enteròcit Digestió perifèrica a la membrana apical i rutes d'absorció Mecanisme coordinat del transport de glucosa: SGLUT-1, GLUT-2 i Na+/K+-ATPasa 12 Tràfic vesicular a la membrana: endocitosi, fagocitosi i pinocitosi Transport en massa i rutes d'entrada vesicular Fagocitosi: captació de partícules sòlides Pinocitosi i tràfic endosomal Endocitosi mediada per receptor i l'estructura de la clatrina Captació de LDL i fisiopatologia de la hipercolesterolèmia familiar 13 Exocitosi, transcitosi i comunicació cel·lular Naturalesa i mecanisme general de l'exocitosi Modalitats d'exocitosi: constitutiva enfront de regulada Models fisiològics de secreció regulada: pàncrees exocrí i endocrí Biologia Cel·lular i Genètica Bàsica: Apunts i Resum 2 Transcitosi: transport transcel·lular sense degradació Transducció de senyals cel·lulars i cascades de resposta 14 Unió cel·lular, adhesivitat i comunicació intercel·lular directa Adhesivitat cel·lular i arquitectura tissular Proteïnes clau de l'adhesió: integrines i cadherines El complex d'unió epitelial: organització polaritzada Origen i síntesi dels components cel·lulars de membrana 15 Resum per repassar Bloc 1: Origen de la vida, teoria cel·lular i virologia Bloc 2: Reproducció, parasexualitat i cicles biològics Bloc 3: Genètica mendeliana i interaccions gèniques Bloc 4: Membrana plasmàtica, transport i especialitzacions Cronologia clau de descobriments 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. Biologia Cel·lular i Genètica Bàsica: Apunts i Resum 3 1 Origen de la vida i evolució cel·lular primitiva EN ACABAR SABRÀS Distingir les condicions de l'atmosfera reductora primitiva de l'atmosfera oxidant actual. Explicar l'experiment de Miller i la síntesi d'adenina de Joan Oró com a proves de l'evolució química. Diferenciar els models precel·lulars d'Oparin i Bernal de la hipòtesi del món d'ARN. Descriure la transició metabòlica de l'heterotròfia anaeròbia a la fotosíntesi oxigènica i la teoria endosimbiòtica.

PENSA-HI ABANS DE LLEGIR 1 Com van poder aparèixer els primers polímers genètics si avui dia l'ADN necessita proteïnes per replicar-se i les proteïnes requereixen ADN per sintetitzar-se? La biologia és la ciència dedicada a l'estudi integral dels éssers vius, abastant des del seu component estructural bàsic —la cèl·lula— fins a la complexitat de la biodiversitat planetària. Comprendre la vida exigeix determinar el seu origen físic i químic. Ja l'any 1871, Charles Darwin va plantejar en una carta la hipòtesi d'un «polímer primordial» capaç d'experimentar canvis graduals cap a estructures més complexes.

Avui sabem que l'aparició dels primers éssers vius no va ser un fet sobtat, sinó el resultat d'un llarg procés prebiòtic on l'evolució biològica va requerir inexorablement una evolució química prèvia.

Bloc 1 1 Origen de la vida i evolució cel·lular primitiva 2 Teoria cel·lular i classificació dels éssers vius 3 Biologia viral i cicles d'infecció Biologia Cel·lular i Genètica Bàsica: Apunts i Resum 4 PROCÉS Etapes principals de l'origen i evolució cel·lular primitiva Condicions de la Terra primitiva i evolució química Després de la formació de la Terra fa uns 4.500 milions d'anys i l'estabilització de la hidrosfera fa uns 4.200 milions d'anys, el planeta presentava un escenari radicalment diferent de l'actual. L'atmosfera primitiva tenia un caràcter marcadament reductor, amb una concentració d'oxigen pràcticament nul·la.

Els seus components principals eren el vapor d'aigua ( ), el metà ( ), l'amoníac ( ), l'hidrogen molecular ( ), el diòxid de carboni ( ), el monòxid de carboni (CO), el nitrogen ( ) i el sulfur d'hidrogen ( ). En absència d'una capa protectora d'ozó, la superfície rebia intenses radiacions ultraviolades, tempestes elèctriques constants i una forta activitat volcànica a altes temperatures. A mesura que la Terra es refredava, el vapor d'aigua es va condensar en precipitacions torrencials contínues, arrossegant les molècules gasoses cap a les conques i originant els oceans primitius.

Sota aquesta aportació energètica constant, les molècules inorgàniques van reaccionar entre si mitjançant una síntesi abiòtica espontània, donant lloc a monòmers orgànics senzills: sucres simples, àcids grassos, glicerol, aminoàcids i bases nitrogenades (purines i pirimidines). DEFINICIÓ L'evolució química és el procés prebiòtic de transformació i polimerització espontània de molècules inorgàniques simples en compostos orgànics biomoleculars, afavorit per les condicions reductores i l'alta energia de la Terra primitiva. Terra primitiva Atmosfera reductora sense oxigen lliure i amb forta radiació UV. 1 Evolució química Síntesi abiòtica de monòmers orgànics comprovada per Miller i Oró.

2 Protobionts i món d'ARN Compartiments amb ribozimes capaces d'autoreplicació i activitat catalítica. 3 Procariotes anaerobis Primers éssers vius cel·lulars heteròtrofs basats en glicòlisi fermentativa. 4 Fotosíntesi oxigènica Cianobacteris alliberen O i transformen l'atmosfera a oxidant. 5 Endosimbiosi eucariota Aparició del nucli i adquisició de mitocòndries i cloroplasts. 6 H O 2 CH 4 NH 3 H 2 CO 2 N 2 H S 2 Biologia Cel·lular i Genètica Bàsica: Apunts i Resum 5 Comprovació experimental: Miller i Oró L'any 1953, Stanley Miller va demostrar al laboratori la plausibilitat d'aquesta evolució química.

Va dissenyar un aparell de vidre hermètic que simulava el cicle hidrològic i l'atmosfera reductora de la Terra primitiva. En una cambra inferior escalfava aigua per generar vapor («oceà»), el qual pujava cap a un recipient que contenia , , i vapor d'aigua («atmosfera»). En sotmetre aquests gasos a descàrregues elèctriques continuades i refrigerar la barreja resultant, el líquid condensat va acumular una gran diversitat de compostos orgànics solubles, incloent-hi aminoàcids com la glicina i l'alanina. Esquema de l'aparell de Miller simulant la síntesi prebiòtica de biomolècules.

Entre els anys 1961 i 1962, el bioquímic català Joan Oró va ampliar aquests resultats en aconseguir la síntesi abiòtica d'adenina (una base nitrogenada fonamental per als àcids nucleics i l'ATP) a partir de solucions aquoses d'àcid cianhídric (HCN) i amoníac, a més d'obtenir sucres com la ribosa i la desoxiribosa. Tot i aquests èxits cabdals, aquestes experiències van demostrar l'origen de la matèria orgànica, però no van aconseguir transformar aquestes biomolècules en estructures vives autònomes. COMPROVA-HO 2 Quina diferència fonamental hi ha entre l'aportació de Miller i la troballa de Joan Oró pel que fa a les biomolècules sintetitzades?

Models precel·lulars i la transició cap a la vida Per assolir un nivell cel·lular, les biomolècules disperses a l'aigua s'havien d'agrupar en entitats aïllades del medi. Així va sorgir el concepte de protobiont: estructures o agregats moleculars primitius considerats els precursors directes de la vida cel·lular, dotats d'una certa organització física però sense les funcions biològiques completes. CH 4 NH 3 H 2 Biologia Cel·lular i Genètica Bàsica: Apunts i Resum 6 L'any 1924, Aleksandr Oparin va proposar la teoria dels coacervats.

Els coacervats són gotetes microscòpiques formades per l'associació electroestàtica de macromolècules (com proteïnes complexes) en medi aquós, delimitades per una membrana o capa d'aigua que les separa de l'entorn. Tot i que reproduïen un metabolisme rudimentari d'intercanvi, presentaven una limitació insalvable: eren incapaços d'emmagatzemar, expressar i transmetre informació genètica.

L'any 1951, John Bernal va formular que per considerar viva una entitat molecular, aquesta havia de complir dues propietats indispensables: Model / Hipòtesi Autor i data Característica principal Limitació evolutiva Coacervats Aleksandr Oparin (1924) Agregats de macromolècules amb embolcall aquós aïllant Manca de material genètic i d'autoreplicació Criteris de vida John Bernal (1951) Requisit d'informació genètica i capacitat de duplicació Model teòric, no descriu el polímer concret Món d'ARN Cech i Altman (1989) Ribozimes amb doble rol: catalític i informatiu Molècula inestable davant l'ambient primitiu rígid La hipòtesi del món d'ARN Atès que les proteïnes poden catalitzar reaccions però no es poden replicar directament, i que l'ADN pot emmagatzemar informació però requereix proteïnes per duplicar-se, el dilema sobre quin va sorgir primer va trobar resposta amb la hipòtesi del món d'ARN.

L'any 1989, Thomas Cech i Sidney Altman van descobrir que determinades cadenes d'ARN actuen com a catalitzadors biològics, anomenades ribozimes. Aquesta capacitat catalítica demostrava que l'ARN podia reunir les dues funcions simultàniament: actuar com a genotip (magatzem d'informació) i com a fenotip (catalitzador capaç de tallar, empalmar i autoreplicar-se). Els primers protobionts funcionals es van formar al voltant d'aquest ARN autoreplicatiu. Posteriorment, la selecció natural va afavorir la transferència de la funció d'emmagatzematge cap a l'ADN (químicament molt més estable) i les funcions enzimàtiques cap a les proteïnes (amb major diversitat de plegament).

Atesa la fragilitat de l'ARN a la Terra primitiva, actualment també s'estudia l'existència prèvia d'anàlegs d'ARN químicament menys sensibles a la degradació. ERROR FREQÜENT Pensar que l'ADN va ser la primera molècula informativa és un error clàssic d'examen. L'ADN és incapaç d'autoreplicar-se sense proteïnes enzimàtiques. El polímer primordial va ser l'ARN gràcies a les ribozimes, que reunien la capacitat de guardar informació i l'activitat catalítica en una sola molècula. Emmagatzematge d'informació genètica: capacitat de contenir instruccions químiques estables. 1 Autoreplicació: facultat de produir còpies fidels de la seva pròpia estructura molecular.

2 Biologia Cel·lular i Genètica Bàsica: Apunts i Resum 7 COMPROVA-HO 3 Per què el descobriment de les ribozimes per Cech i Altman el 1989 va resoldre la paradoxa de l'origen de la replicació biològica? Primeres cèl·lules autònomes i el canvi ambiental global Les primeres cèl·lules veritables van aparèixer als oceans primitius. Els registres fòssils directes més antics (microfòssils) daten de fa 3.600 - 3.800 milions d'anys, acompanyats d'evidències geològiques indirectes de fixació de carboni datades de fa aproximadament 3.800 milions d'anys (uns 750 milions d'anys després de l'origen del planeta).

Aquests primers éssers vius eren procariotes unicel·lulars, mancats de nucli definit, amb una fisiologia estrictament heteròtrofa i anaeròbia. Obtenien la seva energia degradant els compostos orgànics sintetitzats abiòticament que s'havien acumulat als oceans. El seu metabolisme es basava en la glicòlisi anaeròbia o fermentació, un procés amb un rendiment energètic limitat (amb prou feines produeix 2 molècules d'ATP per cada molècula de glucosa) que allibera residus com l'àcid làctic: Esquema del metabolisme fermentatiu anaerobi primitiu generador de 2 ATP.

Aquest model nutricional va topar aviat amb un coll d'ampolla: les fonts d'energia primigènies van començar a minvar, la Terra es refredava i la matèria orgànica dissolta als oceans va començar a escassejar. Aquesta pressió evolutiva va seleccionar els organismes capaços d'obtenir matèria i energia de fonts alternatives: Fotosíntesi primitiva (anoxigènica): alguns bacteris van començar a utilitzar la llum solar emprant com a donador d'electrons molècules inorgàniques com l'àcid sulfídric ( ) en comptes d'aigua, sense desprendre oxigen. Fotosíntesi oxigènica: fa entre 3.000 i 3.500 milions d'anys van emergir microorganismes similars als cianobacteris actuals.

Aquests van utilitzar l'aigua ( ) com a donador d'electrons i van fixar el atmosfèric, alliberant oxigen molecular (O_2) com a subproducte metabòlic. L'activitat continuada d'aquests microorganismes va transformar radicalment el planeta. L'atmosfera reductora va esdevenir una atmosfera oxidant, on aproximadament una de cada cinc molècules és oxigen ( ). A l'estratosfera, la interacció de l'oxigen amb la radiació va formar la capa d'ozó ( ), la qual va filtrar els letals rajos ultraviolats i va permetre la colonització de nous hàbitats superficials.

C H O 6 12 6 glic lisi anaer bia o ˋ o ˋ 2 C H O + 3 6 3 2 ATP H S 2 H O 2 CO 2 21 % O 3 Biologia Cel·lular i Genètica Bàsica: Apunts i Resum 8 Aquest canvi mediambiental va erradicar les condicions que feien possible la síntesi abiòtica primigènia i va forçar una gran transició energètica: l'aparició del metabolisme oxidatiu aerobi (respiració cel·lular), que aconsegueix oxidar completament la glucosa generant entre 36 i 38 ATP: CRONOLOGIA Cronologia de la transició prebiòtica i diversificació cel·lular Diversificació cel·lular: de LUCA a la cèl·lula eucariota L'ancestre comú universal de tota la vida cel·lular rep el nom de progenota o LUCA (de l'anglès Last Universal Common Ancestor), sorgit fa aproximadament 3.600 milions d'anys.

A partir d'aquesta cèl·lula ancestral es van ramificar els dominis cel·lulars primitius: els eubacteris i els arqueobacteris (vegeu «Bloc 1 — Teoria cel·lular i classificació dels éssers vius»). La transició cap a la cèl·lula eucariota no es va produir per simples mutacions puntuals lineals, sinó per processos de simbiosi i fusió cel·lular segons la teoria endosimbiòtica formulada per Lynn Margulis a finals del segle XX. Segons aquest model: C H O + 6 12 6 6 O 2 respiraci aer bia o ˊ o ˋ 6 CO + 2 6 H O + 2 36–38 ATP Fa 4.500 Ma Formació de la Terra sota condicions d'alta activitat volcànica. Fa 4.200 Ma Condensació de vapor d'aigua i estabilització de la hidrosfera.

Fa 3.800 Ma Primeres evidències químiques i aparició dels protobionts ancestrals. Fa 3.600 Ma Existència de LUCA i primers registres fòssils de cèl·lules procariotes. Fa 3.500- 3.000 Ma Fotosíntesi dels cianobacteris i canvi cap a una atmosfera oxidant. Fa 2.000- 1.500 Ma Formació del nucli i endosimbiosi de les mitocòndries.

Origen del nucli i sistema endomembranós (fa uns 2.000 milions d'anys): una cèl·lula hoste derivada de la fusió simbiòtica entre un eubacteri gramnegatiu i un arqueobacteri va augmentar de volum i va invaginar la seva membrana plasmàtica per protegir el material genètic, establint la línia nuclear eucariota i donant lloc a l'ancestre comú eucariota, conegut com a LECA (Last Eukaryotic Common Ancestor). 1 Endosimbiosi de les mitocòndries (fa uns 1.500 milions d'anys): un eucariota ancestral anaerobi va fagocitar un eubacteri aerobi (relacionat amb els proteobacteris).

En comptes de degradar-lo, es va establir una relació de cooperació mútua: el bacteri aportava l'eficient metabolisme aerobi i l'hoste li oferia aliment i protecció física. Aquest orgànul conserva el seu propi ADN circular, ribosomes bacterians i doble membrana. Va originar la branca dels protozous i animals. 2 Biologia Cel·lular i Genètica Bàsica: Apunts i Resum 9 Diagrama de l'evolució cel·lular des de LUCA fins a la teoria endosimbiòtica. COMPROVA-HO 4 Quines proves estructurals i genètiques demostren que mitocòndries i cloroplasts provenen d'eubacteris ancestrals incorporats per endosimbiosi?

IDEES CLAU L'evolució biològica requereix de forma indispensable una etapa prèvia d'evolució química en condicions reductores. L'experiment de Miller (1953) i les aportacions d'Oró (1961-1962) van demostrar la formació abiòtica d'aminoàcids i bases nitrogenades com l'adenina. Els coacervats d'Oparin van servir com a model de protobiont físic, però no tenien la capacitat d'emmagatzemar informació genètica ni d'autoreplicar-se. La hipòtesi del món d'ARN es fonamenta en les ribozimes descobertes per Cech i Altman, molècules capaces d'actuar simultàniament com a genotip i enzim.

La fotosíntesi oxigènica dels cianobacteris va convertir l'atmosfera reductora en oxidant, va generar la capa d'ozó ( ) i va propiciar la respiració cel·lular aeròbia. A partir de LUCA, la línia eucariota va evolucionar per invaginació de membrana (nucli) i successives endosimbiosis de proteobacteris (mitocòndries) i cianobacteris (cloroplasts). Endosimbiosi dels cloroplasts: una branca dels eucariotes ja dotats de mitocòndries va incorporar cianobacteris fotosintètics, establint una segona endosimbiosi que va originar les algues i les plantes verdes. 3 O 3 Biologia Cel·lular i Genètica Bàsica: Apunts i Resum 10 COMPROVA EL QUE HAS APRÈS 5.

Quins gasos van conformar l'atmosfera simulada per Stanley Miller en el seu experiment de síntesi abiòtica de 1953? 6. Quina és la diferència metabòlica clau entre els primers procariotes heteròtrofs i els cianobacteris primitius? 7. Què representen les sigles LUCA i LECA en l'arbre filogenètic cel·lular? BLOC 1 2 Teoria cel·lular i classificació dels éssers vius EN ACABAR SABRÀS Diferenciar les aportacions històriques clau en la formulació de la teoria cel·lular. Identificar els quatre postulats canònics de la teoria cel·lular moderna. Explicar la transició taxonòmica des dels dos regnes clàssics fins als tres dominis de Woese.

Distingir les característiques morfològiques entre cèl·lules animals, vegetals i bacteris Gram positius i negatius. PENSA-HI ABANS DE LLEGIR 8 Per què van haver de passar més de 150 anys entre la primera observació de cèl·lules de suro per Hooke i la formulació de la teoria cel·lular? Desenvolupament històric del microscopi i descobriment de la cèl·lula La comprensió de l'organització viva va lligada a la tecnologia òptica. A finals del segle XVI, cap al 1590, Zacharias Janssen (amb aportacions atribuïdes també a Giovanni Farber) va desenvolupar els primers dissenys de microscopi compost.

Dècades més tard, Antonie van Leeuwenhoek (1632-1723) va perfeccionar les lents simples i va observar mostres d'aigua i fluids biològics, on va descobrir microorganismes mòbils que va batejar com a animàculs. Robert Hooke va publicar el 1665 una obra amb més de cinquanta observacions microscòpiques detallades. En examinar làmines fines de suro, va constatar una trama de porus polièdrics semblants a les cel·les d'un rusc d'abelles i va introduir la paraula cèl·lula. Hooke només va albirar parets vegetals mortes i buides, sense reconèixer que aquestes estructures allotjaven matèria viva.

A principis del segle XIX, René Dutrochet (1824) va comparar la composició microscòpica dels teixits animals amb la dels teixits vegetals. Dutrochet va postular que tots dos compartien una mateixa arquitectura vesicular i va interpretar que aquesta unitat albergava veritablement la matèria viva, establint-se com un dels pioners conceptuals de la citologia. Biologia Cel·lular i Genètica Bàsica: Apunts i Resum 11 Paral·lelament, l'estudi intern de les estructures microscòpiques va progressar gràcies al botànic Robert Brown, que el 1831 va identificar un corpuscle intern constant a les cèl·lules d'orquídia: el nucli cel·lular.

ERROR FREQÜENT És un error comú d'examen afirmar que Robert Hooke va descobrir les cèl·lules vives. Hooke va descriure espais buits delimitats per parets cel·lulars mortes de suro i va encunyar el terme sense vincular-lo al metabolisme ni a la vida interna activa. COMPROVA-HO 9 Quina diferència fonamental separa la troballa de Robert Hooke (1665) de la deducció de René Dutrochet (1824)? Postulats canònics de la teoria cel·lular moderna La síntesi de la teoria cel·lular moderna es va consolidar a mitjans del segle XIX gràcies als treballs del botànic Matthias Schleiden (1838), el zoòleg Theodor Schwann (1839) i el patòleg Rudolf Virchow (1858).

Aquests investigadors van unificar els principis de l'organització viva sota quatre postulats fonamentals: Postulat Autor clau / Principi Descripció biològica 1. Unitat estructural Schleiden i Schwann Tots els éssers vius estan formats per una o més cèl·lules. 2. Unitat funcional o metabòlica Schwann Les reaccions bioquímiques i metabòliques d'un organisme ocorren a l'interior de les cèl·lules. 3. Unitat d'origen Virchow (Omnis cellula e cellula) Tota cèl·lula procedeix exclusivament de la divisió d'una altra cèl·lula preexistent. 4. Unitat genètica Consolidació moderna Les cèl·lules contenen la informació hereditària necessària per transmetre les seves característiques a la descendència.

Més endavant, entre 1925 i 1930, Ernst Ruska i Max Knoll van desenvolupar el microscopi electrònic. Aquest instrument va multiplicar el poder de resolució respecte a l'òptic i va permetre confirmar les diferències ultraestructurals decisives entre cèl·lules procariotes i eucariotes, així com examinar els orgànuls cel·lulars. Biologia Cel·lular i Genètica Bàsica: Apunts i Resum 12 Taula comparativa d'estructures entre cèl·lula eucariota animal i vegetal.

Les cèl·lules eucariotes es diferencien morfològicament i funcionalment segons el llinatge: Característica Cèl·lula animal Cèl·lula vegetal Orgànuls compartits Membrana plasmàtica, citoesquelet, ribosomes, mitocondris, reticle endoplasmàtic llis i rugós, aparell de Golgi, lisosomes, peroxisomes, vacuoles i nucli. Estructures exclusives Centríols (centrosoma). Paret cel·lular rígida i cloroplasts. Posició del nucli Habitualment central. Desplaçat a la perifèria per una gran vacuola central. Morfologia externa Variable per carència de paret rígida. Forma constant i prismàtica per la paret cel·lular. Citocinesi Estrangulació del citoplasma. Formació de septe (envà o tabicació).

Nutrició i reserva Heteròtrofa; reserva de glicogen. Autòtrofa fotosintètica; reserva de midó. COMPROVA-HO 10 Quin postulat de la teoria cel·lular va aportar Rudolf Virchow el 1858 i per què va ser clau? Biologia Cel·lular i Genètica Bàsica: Apunts i Resum 13 Evolució dels sistemes taxonòmics Entre els segles XVI i XVIII, la taxonomia clàssica reconeixia exclusivament dos grans regnes: Plantae i Animalia. Esquema del sistema clàssic de classificació en dos regnes històrics. L'any 1866, Ernst Haeckel va introduir un tercer grup: el regne Protista, destinat a acollir els microorganismes unicel·lulars dotats d'un valor evolutiu primitiu. Molt més tard, el 1968, R. G. E.

Murray va proposar dividir la biosfera en dos grans imperis segons la presència de nucli: Procaryotae (bacteris) i Eucaryotae (protozous, algues, fongs, plantes i animals). Poc després, Robert H. Whittaker (1969) va establir l'influent sistema dels cinc regnes, considerant criteris com el tipus de cèl·lula, l'organització cel·lular i les pautes de nutrició: Moneres: organismes unicel·lulars procariotes microscòpics (bacteris i arqueus). Protistes: organismes unicel·lulars eucariotes. Plantes: organismes pluricel·lulars eucariotes i fotoautòtrofs. Fongs (Mycota): organismes eucariotes heteròtrofs que s'alimenten per absorció osmòtrofa.

Animals: organismes pluricel·lulars eucariotes fagòtrofs amb ingestió interna. CRONOLOGIA Evolució històrica de la citologia i la taxonomia L'any 1977, Carl Woese i els seus col·laboradors van transformar la sistemàtica en comparar les seqüències de nucleòtids de l'ARN ribosòmic (subunitats 16S i 18S). Les dades moleculars van revelar que l'antic regne Moneres albergava dues branques filogenèticament independents, dividint la vida en tres grans dominis: Bacteria, Archaea i Eukarya. 1665 Robert Hooke descriu cavitats en suro i utilitza el concepte de cèl·lula. 1831 Robert Brown descobreix el nucli cel·lular en cèl·lules vegetals d'orquídia.

1838-1858 Schleiden, Schwann i Virchow formulen la teoria cel·lular moderna. 1925-1930 Ruska i Knoll desenvolupen el microscopi electrònic de gran resolució. 1969 Whittaker proposa la classificació taxonòmica clàssica en cinc regnes. 1977 Woese reorganitza la vida en tres dominis basant-se en l'ARNr. Biologia Cel·lular i Genètica Bàsica: Apunts i Resum 14 Arbre filogenètic dels tres dominis cel·lulars proposats per Carl Woese. ESQUEMA Els tres dominis de Carl Woese (1977) COMPROVA-HO 11 En quin criteri molecular es va basar Carl Woese el 1977 per refutar el sistema clàssic dels dos imperis de Murray?

Característiques dels regnes moderns i estructura dels eubacteris Amb l'anàlisi de l'ARN ribosòmic 18S a la transició cap al segle XXI, el model es va reorganitzar en set regnes biològics: Animalia: organismes eucariotes heteròtrofs de respiració aeròbica, motilitat autònoma i reproducció generalment sexual. Plantae: organismes eucariotes pluricel·lulars immòbils, de respiració aeròbica, nutrició fotoautòtrofa i reproducció tant sexual com asexual.

Bacteria Procariotes amb paret de peptidoglicà Gram positius Paret gruixuda de mureïna Gram negatius Paret prima i membrana externa Archaea Procariotes sense mureïna clàssica Arqueobacteris Metanògens i extremòfils Eukarya Organismes amb nucli diferenciat Regnes eucariotes Animals, plantes, fongs, protists Biologia Cel·lular i Genètica Bàsica: Apunts i Resum 15 Fungi: eucariotes immòbils aeròbics que obtenen nutrients orgànics per absorció (sovint en relacions simbiòtiques o paràsites) i es reprodueixen mitjançant espores sexuals o asexuals.

Chromista: eucariotes que inclouen nombroses espècies fotoautòtrofes amb cilis, cobertures rígides i exoesquelets que generen gran diversitat morfològica. Protozoa: eucariotes unicel·lulars heteròtrofs que no presenten cobertes rígides característiques de chromistes ni teixits veritables. Archaea: procariotes unicel·lulars amb composició de membrana singular, metabolisme autòtrof o heteròtrof i divisió per fissió binària (vegeu «Bloc 2 — Reproducció asexual i mecanismes de parasexualitat bacteriana»). Bacteria: procariotes unicel·lulars amb una paret cel·lular constituïda per peptidoglicà (també anomenat mureïna).

Els bacteris es classifiquen en dues estructures principals segons la composició i l'organització del seu embolcall cel·lular: Tipus bacterià Estructura de la paret de peptidoglicà Membranes presents Gram positius Capa gruixuda i homogènia de peptidoglicà (fins al 90% del pes del seu embolcall extern). Només disposen de la membrana plasmàtica interna sota la paret. Gram negatius Capa fina de peptidoglicà (al voltant del 10% del recobriment). Presenten membrana plasmàtica interna i una membrana lipídica externa addicional.

PER RECORDAR-HO Recorda que els bacteris Gram positius tenen una paret gruixuda de mureïna (capa ampla que reté fortament la tinció), mentre que els Gram negatius tenen una capa prima de mureïna emparedada sota una membrana lipídica externa complexa. COMPROVA-HO 12 Quina és la diferència estructural en el peptidoglicà entre els bacteris Gram positius i els Gram negatius? Biologia Cel·lular i Genètica Bàsica: Apunts i Resum 16 IDEES CLAU Hooke va descriure per primera vegada la cèl·lula el 1665 a partir de suro mort, sense reconèixer-la com a matèria viva activa. La teoria cel·lular moderna descansa sobre quatre unitats: estructural, funcional o metabòlica, d'origen i genètica.

Brown va identificar el nucli cel·lular el 1831 i el microscopi electrònic de Ruska i Knoll (1925- 1930) va revelar l'ultraestructura dels orgànuls. Whittaker va proposar el model dels cinc regnes (1969) i Woese el va revolucionar el 1977 en definir tres dominis mitjançant l'ARNr 16S i 18S. L'embolcall eubacterià es divideix en Gram positius (peptidoglicà gruixut) i Gram negatius (peptidoglicà fi entre membrana interna i externa). COMPROVA EL QUE HAS APRÈS 13. Per quina raó Robert Hooke no es considera el formulador de la teoria cel·lular? 14. Quins tres dominis va definir Carl Woese i a partir de quina eina molecular? 15.

Com difereixen les cèl·lules animals i vegetals pel que fa a la citocinesi i a les substàncies de reserva? BLOC 1 3 Biologia viral i cicles d'infecció EN ACABAR SABRÀS Definir el concepte de virió i paràsit intracel·lular obligat acel·lular. Descriure les etapes que diferencien el cicle lític del lisogènic en bacteriòfags. Comparar les estratègies d'entrada cel·lular per fusió directa (VIH) i endocitosi vesicular (grip). PENSA-HI ABANS DE LLEGIR 16 Per què un virió aïllat sobre una taula no pot créixer ni generar ATP? Naturalesa i concepte de virus Etimològicament, el terme virus prové del llatí i significa toxina o verí.

Els virus són entitats subcel·lulars que se situen al límit entre la matèria viva i la matèria inerta. Com que manquen d'estructures cel·lulars i de metabolisme autònom, no es consideren cèl·lules autònomes (per als postulats fonamentals de la biologia cel·lular, vegeu «Bloc 1 — Teoria cel·lular i classificació dels éssers vius»). Biologia Cel·lular i Genètica Bàsica: Apunts i Resum 17 DEFINICIÓ Un virió és la partícula vírica madura i infecciosa completa en fase extracel·lular. Està constituït bàsicament per un àcid nucleic envoltat per una coberta de proteïnes que protegeix el material genètic en el medi extern. Aquests agents són considerats paràsits intracel·lulars obligats acel·lulars.

Fora d'una cèl·lula viva són metabòlicament inerts: no posseeixen orgànuls, no poden generar energia ni sintetitzar macromolècules de forma autònoma. Només quan penetren en una cèl·lula hoste adquireixen la capacitat de replicar-se, utilitzant la maquinària bioquímica cel·lular per produir noves partícules víriques. Tot i que són la forma biològica més abundant de la Terra (amb més de 5.000 tipus identificats), no tots provoquen patologies greus. Descobriment històric de les partícules víriques La comprensió científica dels virus va començar amb els estudis sobre la malaltia del mosaic del tabac a finals del segle XIX.

Prèviament, l'investigador alemany Adolf Mayer havia demostrat que l'extracte de saba d'una planta malalta transmetia la infecció, tot i que suposava que el causant era un bacteri desconegut. L'any 1892, el botànic rus Dimitri Ivanovski va triturar fulles infectades i va fer passar la saba per filtres de porcellana que retenien completament els bacteris. Quan va inocular el líquid filtrat en plantes sanes, aquestes van contraure la infecció. Ivanovski va comprovar que l'agent passava a través dels filtres antibacterians, tot i que va formular la hipòtesi que es tractava d'una toxina soluble segregada per bacteris.

La naturalesa macromolecular d'aquestes estructures es va consolidar quan el químic nord-americà Wendell Stanley va aconseguir cristal·litzar el virus del mosaic del tabac l'any 1935. Aquest fet va demostrar que les partícules infeccioses es podien tractar com a complexos químics purs organitzats, desproveïts de citoplasma o metabolisme cel·lular propi. COMPROVA-HO 17 Quina conclusió clau va aportar l'experiment dels filtres antibacterians de Dimitri Ivanovski el 1892? Criteris de classificació i diversitat estructural La majoria dels virus presenten una mida compresa entre 20 i 300 nm de diàmetre.

No obstant això, existeixen excepcions notables de partícules molt més grans, com el virus de l'Ebola, que pot assolir una longitud propera als 14.000 nm. Biologia Cel·lular i Genètica Bàsica: Apunts i Resum 18 Esquema d'estructures de càpsides víriques icosahèdriques i esfèriques amb capsòmers. Els virus es classifiquen atenent a diversos criteris morfològics, genètics i ecològics: Àcid nucleic genòmic: poden contenir DNA o bé RNA com a material genètic (a diferència de les cèl·lules, que contenen ambdós simultàniament). Estructura del genoma: l'àcid nucleic pot ser monocatenari (d'una sola cadena) o bicatenari (de doble cadena), així com variar en la polaritat o sentit de transcripció.

Simetria de la càpsida: l'estructura de proteïna que envolta l'àcid nucleic rep el nom de càpsida, i està formada per subunitats funcionals individuals anomenades capsòmers. Poden presentar formes simples (com la simetria icosahèdrica o helicoïdal) o complexes. Presència d'embolcall: es distingeixen virus nus (únicament formats per la nucleocàpside, el complex de càpsida i genoma) i virus embolcallats (envoltats per una bicapa lipídica que conté glicoproteïnes de fixació). Rang d'hoste: segons l'organisme diana que parasiten, com ara bacteris, plantes, fongs o cèl·lules animals.

Grup víric Hoste Estructura de la partícula Característiques distintives Bacteriòfag (com el fag T) Bacteris Complexa: cap icosahèdric, coll, beina contràctil, placa basal i fibres caudals Injecta el material genètic a través de la paret bacteriana mentre la càpsida queda fora. Rinovirus Animals (respiratori) Càpsida icosahèdrica nua formada per capsòmers plans Proteïnes de superfície que reconeixen receptors de la cèl·lula hoste; actua com a vehicle de transport del genoma. VIH (retrovirus) Humans (limfòcits T/macròfags) Embolcallat amb bicapa lipídica, espícules glicoproteiques i nucleocàpside cònica Genoma d'RNA monocatenari associat a la transcriptasa inversa per formar DNA províric.

Biologia Cel·lular i Genètica Bàsica: Apunts i Resum 19 ESQUEMA Criteris de classificació dels virus ERROR FREQÜENT Confondre càpsida i embolcall lipídic. La càpsida és sempre proteica i forma part de la nucleocàpside en tots els virus. L'embolcall, en canvi, només és present en els virus embolcallats i deriva principalment de bicapes lipídiques de les membranes de la cèl·lula hoste que la partícula arrossega durant la seva alliberació. COMPROVA-HO 18 En què es diferencia fonamentalment l'estructura d'un bacteriòfag complex de la d'un rinovirus?

Cicles reproductius en bacteriòfags: lític versus lisogènic La infecció dels bacteris per bacteriòfags (per als mecanismes de transferència de fragments de genoma mitjançant fags, vegeu «Bloc 2 — Reproducció asexual i mecanismes de parasexualitat bacteriana») pot seguir dues vies principals: la via lítica o la via lisogènica. Genoma víric DNA o RNA, mono o bicatenari Morfologia de càpsida Icosahèdrica, helicoïdal o complexa Embolcall extern Virus nus o embolcallats Organisme hoste Bacteriòfags, vegetals o animals Biologia Cel·lular i Genètica Bàsica: Apunts i Resum 20 Diagrama del cicle lític i cicle lisogènic en bacteriòfags.

Tots dos camins comparteixen un patró global que comprèn cinc etapes elementals: DEFINICIÓ En el cicle lisogènic, el genoma víric no destrueix la cèl·lula hoste, sinó que s'integra físicament en el cromosoma bacterià sota la forma d'un profag latent. Aquest profag es transmet verticalment a la descendència durant generacions. Fixació (adsorció): les fibres de la cua reconeixen de manera específica receptors a la superfície de la paret bacteriana. 1 Entrada (penetració): la beina es contreu i injecta exclusivament l'àcid nucleic a l'interior del citoplasma bacterià, deixant l'esquelet proteic a l'exterior.

2 Eclipsi: no s'observen virions formats a l'interior cel·lular; el virus pren el control de la maquinària enzimàtica cel·lular, degrada el genoma de l'hoste i dirigeix la transcripció i traducció de proteïnes víriques. 3 Multiplicació (acoblament): s'utilitzen els nucleòtids i components de l'hoste per sintetitzar còpies del genoma víric i autoacoblar les noves càpsides al voltant d'aquests genomes. 4 Alliberació: mitjançant la síntesi d'enzims com la lisozima, es produeix la lisi de la paret i membrana del bacteri, alliberant noves partícules infeccioses capaces d'iniciar un cicle addicional (procés ràpid que pot durar entre 24 i 28 hores).

5 Biologia Cel·lular i Genètica Bàsica: Apunts i Resum 21 Determinats estímuls ambientals, com alteracions químiques o canvis bruscos de temperatura, provoquen l'escissió del profag del cromosoma hoste. Quan s'escindeix, l'àcid nucleic s'activa i condueix la cèl·lula directament cap a un cicle lític ordinari, provocant finalment la mort de la cèl·lula hoste. COMPROVA-HO 19 Què caracteritza l'estat de profag durant el cicle lisogènic d'un bacteriòfag?

Cicles d'infecció en cèl·lules animals: fusió directa i endocitosi A diferència dels bacteris, les cèl·lules animals manquen de paret rígida de peptidoglicà, fet que permet mecanismes d'entrada basats en la dinàmica de la bicapa fosfolipídica de la membrana plasmàtica (per a l'estructura de la bicapa, vegeu «Bloc 4 — Estructura, ultraestructura i composició lipídica de la membrana plasmàtica»). Mecanisme per fusió directa de membrana: Virus de la Immunodeficiència Humana (VIH) El VIH és un membre de la família dels Retroviridae.

El seu virió presenta un embolcall bicapa amb proteïnes especialitzades que interactuen amb receptors de la superfície de la cèl·lula diana (principalment marcadors CD4 en limfòcits T i macròfags). En fixar-se, l'embolcall víric es fusiona directament amb la membrana plasmàtica hoste. La nucleocàpside ingressa al citosol i es degrada la càpsida, alliberant les dues molècules d'RNA genòmic juntament amb els seus enzims associats: Mecanisme per endocitosi vesicular: Virus de la grip El virus de la grip pertany a la família Orthomyxoviridae. També presenta un embolcall de bicapa lipídica que conté glicoproteïnes de superfície que reconeixen receptors de la cèl·lula diana.

L'enzim transcriptasa inversa converteix la molècula d'RNA víric en una cadena senzilla de DNA complementari (cDNA), degrada la matriu d'RNA i sintetitza la segona cadena de DNA bicatenari. 1 Aquest DNA transcrit viatja fins al nucli i s'integra en el genoma de la cèl·lula hoste en forma de provirus, on pot romandre en estat de latència perllongat. 2 En fases actives de la malaltia, el DNA províric es transcriu a RNA missatger i a noves còpies del genoma. 3 L'RNA missatger es tradueix als ribosomes cel·lulars per formar components estructurals i enzimàtics.

4 Finalment, els nous virions s'acoblen sota la membrana i s'alliberen per un mecanisme de gemmació, adquirint la seva coberta lipídica a partir de la pròpia membrana plasmàtica cel·lular sense provocar immediatament la lisi mecànica de la cèl·lula hoste. 5 Biologia Cel·lular i Genètica Bàsica: Apunts i Resum 22 Esquema del cicle d'infecció del virus de la grip per endocitosi. A diferència del VIH, el virus de la grip no efectua una fusió directa a la superfície cel·lular.

El contacte entre les glicoproteïnes de l'embolcall i els receptors estimula la formació d'una invaginació de la membrana que engloba el virus en una vesícula, penetrant mitjançant endocitosi (per als detalls del transport endocític, vegeu «Bloc 4 — Tràfic vesicular a la membrana: endocitosi, fagocitosi i pinocitosi»). Un cop la vesícula es troba a l'interior del citoplasma, la intervenció d'enzims i l'acidificació de la vesícula faciliten la fusió de la membrana de l'embolcall víric amb la membrana vesicular. Aquest procés degrada la càpsida i allibera l'RNA víric lliure al medi intracel·lular.

Aquest RNA actua com a motlle per a la síntesi d'RNA missatger (per transcripció vírica) i per a la replicació del genoma víric. Els components glicoproteics es processen al reticle endoplasmàtic i a l'aparell de Golgi de l'hoste, s'insereixen a la membrana cel·lular i les partícules s'alliberen finalment per gemmació. COMPROVA-HO 20 Quina és la diferència principal pel que fa a la penetració cel·lular entre el VIH i el virus de la grip? Biologia Cel·lular i Genètica Bàsica: Apunts i Resum 23 IDEES CLAU Els virus són paràsits intracel·lulars obligats acel·lulars, metabòlicament inerts fora de l'hoste, anomenats virions en fase extracel·lular.

Ivanovski (1892) va demostrar que l'agent del mosaic del tabac passava a través de filtres bacterians, i Stanley (1935) el va aconseguir cristal·litzar per primera vegada. Es classifiquen segons el seu àcid nucleic (DNA o RNA, monocatenari o bicatenari), la simetria de la càpsida de capsòmers, l'existència d'embolcall i el tipus d'hoste. Els bacteriòfags poden seguir un cicle lític (replicació immediata i destrucció cel·lular en 24-28 hores) o lisogènic (integració cromosòmica com a profag latent). En cèl·lules animals, el VIH ingressa per fusió de membrana directa i sintetitza DNA mitjançant la transcriptasa inversa, mentre que el virus de la grip penetra per endocitosi vesicular.

COMPROVA EL QUE HAS APRÈS 21. Per quina raó un virió no es pot considerar una cèl·lula viva? 22. Quina funció desenvolupa la transcriptasa inversa en el cicle de vida del VIH? Test Encercla la resposta correcta. Les solucions són al final. 23. Quin compost nitrogenat fonamental va sintetitzar abiòticament Joan Oró a partir d'àcid cianhídric? 24. Quina mancança impediria als coacervats d'Oparin ser considerats éssers vius segons John Bernal? 25. Com s'anomenen les molècules d'ARN amb capacitat catalítica identificades per Cech i Altman?

Glucosa a) Glicina b) Adenina c) Uracil d) Incapacitat de formar membranes a) Absència d'aigua a l'interior b) Absència de mecanismes d'informació genètica c) Massa mida molecular d) Protobionts a) Plasmids b) Coacervats c) Ribozimes d) Biologia Cel·lular i Genètica Bàsica: Apunts i Resum 24 26. Quin fenomen va transformar l'atmosfera reductora primitiva en una atmosfera oxidant rica en O ? 27. Quin científic va descriure per primera vegada el nucli cel·lular en orquídies? 28. Quin postulat va introduir Rudolf Virchow el 1858? 29. En quin criteri es va basar Woese per establir els 3 dominis? 30. Com és la paret dels bacteris Gram positius comparada amb els Gram negatius? 31.

Quin científic va aconseguir cristal·litzar un virus per primer cop l'any 1935? 32. Com s'anomena la forma integrada i latent del genoma d'un fag en el cromosoma bacterià? 33. Quina via d'entrada a la cèl·lula animal fa servir habitualment el virus de la grip? 34. Quin és l'interval de mida més habitual per a la gran majoria de virus?

Les descàrregues elèctriques de tempestes a) La respiració cel·lular de les mitocòndries b) La condensació del vapor d'aigua oceànic c) La fotosíntesi oxigènica dels cianobacteris d) Theodor Schwann a) Rudolf Virchow b) Robert Brown c) Robert Hooke d) Unitat funcional a) Unitat genètica b) Unitat d'origen c) Unitat estructural d) Seqüències d'ARN ribosòmic a) Composició lipídica de membrana b) Morfologia de la paret c) Presència de centriols d) Més gruixuda en peptidoglicà a) Composta de cel·lulosa b) Més fina en peptidoglicà c) Marent de peptidoglicà d) Adolf Mayer a) Dimitri Ivanovski b) Wendell Stanley c) Carl Woese d) Profag a) Provirus b) Capsòmer c) Virió lliure d) Difusió simple a través de canals a) Fusió directa a la membrana b) Injecció mitjançant beina contràctil c) Endocitosi mediada per vesícules d) 10 a 50 μm a) 20 a 300 nm b) 1 a 5 μm c) 1 a 10 nm d) Biologia Cel·lular i Genètica Bàsica: Apunts i Resum 25 4 Reproducció asexual i mecanismes de parasexualitat bacteriana EN ACABAR SABRÀS Distingir les característiques i modalitats de la reproducció asexual enfront de la sexual.

Explicar els passos de la transformació bacteriana i el disseny experimental de Griffith. Diferenciar la transducció generalitzada de l'especialitzada i descriure la conjugació bacteriana. Comparar l'estructura dels transposons simples i compostos i distingir mapes físics de mapes de lligament. PENSA-HI ABANS DE LLEGIR 35 Com poden els bacteris adquirir resistències a nous antibiòtics sense dur a terme reproducció sexual? La continuïtat biològica dels éssers vius depèn de la seva capacitat per transmetre la informació genètica a la descendència mitjançant la reproducció.

Mentre que la reproducció sexual genera variabilitat mitjançant recombinació (vegeu «Bloc 2 — Reproducció sexual, meiosi i cicles biològics»), els organismes procariotes i determinats eucariotes empren mecanismes alternatius per propagar-se o intercanviar material genètic.

Bloc 2 4 Reproducció asexual i mecanismes de parasexualitat bacteriana 5 Reproducció sexual, meiosi i cicles biològics Biologia Cel·lular i Genètica Bàsica: Apunts i Resum 26 ESQUEMA Mecanismes reproductius i parasexuals Reproducció asexual: clonació cel·lular i variants vegetatives La reproducció asexual és un procés mitjançant el qual es formen descendents genèticament idèntics a la cèl·lula progenitora, sense fecundació ni recombinació meòtica. Requereix la duplicació fidel del DNA abans de qualsevol repartiment cel·lular.

Modalitats de reproducció vegetativa Aquestes estratègies no presenten diferenciació entre teixits somàtics i línia germinal: Bipartició o fissió binària: Quan el bacteri o protozou assoleix la mida adient, la molècula de DNA es duplica en dues còpies idèntiques. La cèl·lula s'allarga, s'estreny pel centre i es divideix en dues cèl·lules filles morfològicament iguals. Gemmació: Típica dels llevats. A la cèl·lula mare s'origina una protuberància o gemma. El nucli es divideix i una còpia migra a la gemma, la qual rep menys volum citoplasmàtic inicial i haurà de sintetitzar proteïnes pròpies per créixer. Deixa cicatrius característiques a la paret de la cèl·lula mare.

Fragmentació (escisió): Un organisme pluricel·lular perd o trenca una porció del seu cos, i a partir d'aquest fragment es reconstrueix un individu complet, com s'observa en les estrelles de mar.

Reproducció asexual Clonació idèntica sense recombinació Reproducció vegetativa Sense línia germinal Bipartició Divisió binària regular Gemmació Citoplasma asimètric en llevats Fragmentació Escisió i regeneració corporal Esporulació vegetal Diferenciació somàtico-germinal Parasexualitat Transferència horitzontal de gens Transformació Captació de DNA del medi Transducció Mediada per bacteriòfags Conjugació Pili sexual i factor F Biologia Cel·lular i Genètica Bàsica: Apunts i Resum 27 Diagrama de reproducció asexual per fragmentació en estrella de mar.

Esporulació en vegetals no espermatòfits A diferència de les formes vegetatives anteriors, la reproducció per espores en plantes no espermatòfites (sense llavors) i fongs sí que implica una diferenciació somàtico-germinal. Es formen espores cel·lulars especialitzades que es mantenen en estat de latència fins a trobar condicions òptimes de creixement. En germinar, l'espora s'activa (esporòfor) i genera un nou individu complet. COMPROVA-HO 36 Per què una cèl·lula filla sorgida per gemmació no té la mateixa mida inicial que la cèl·lula mare tot i tenir el mateix genoma?

Parasexualitat bacteriana: transferència horitzontal de gens Els bacteris no disposen de reproducció sexual autèntica, però han evolucionat processos de parasexualitat. Aquests mecanismes consisteixen en la transferència unidireccional de DNA entre bacteris independents sense que hi hagi una duplicació cel·lular prèvia ni fusió de gàmetes.

Mecanisme Vector o agent transmissor Requisit biològic clau Tipus de DNA transferit Transformació DNA lliure al medi extern Estat de competència cel·lular i RecA Fragments lineals de DNA exogen Transducció Bacteriòfag (virus bacterià) Cicle lisogènic o lític anòmal DNA bacterià empaquetat a la càpsida Conjugació Contacte directe cèl·lula-cèl·lula Pili sexual i presència del factor F Plàsmid circular o fragments cromosòmics Biologia Cel·lular i Genètica Bàsica: Apunts i Resum 28 Transformació bacteriana i l'experiment de Griffith La transformació és la captació directa de molècules de DNA disperses al medi circumdant (procedents de la lisi d'altres cèl·lules) per part d'una cèl·lula competent.

La competència no és universal: es pot induir in vitro al laboratori, mentre que a la natura està sotmesa a regulació fisiològica. Esquema del mecanisme de transformació bacteriana i integració del DNA. Aquest mecanisme va permetre demostrar per primera vegada la naturalesa química del material genètic. L'any 1928, el metge britànic Frederick Griffith va experimentar amb soques de Streptococcus pneumoniae en ratolins: Soca R (rugosa): Cèl·lules sense càpsula mucosa, no virulentes. Els ratolins inoculats sobreviuen. Soca S (llisa): Cèl·lules recobertes d'una càpsula de polisacàrids que les protegeix del sistema immunitari de l'hoste, altament virulentes. Els ratolins moren de pneumònia.

Unió del DNA: La molècula bicatenària s'adhereix als receptors de la paret i membrana mitjançant l'acció d'autolisines i proteïnes fixadores. 1 Incorporació cel·lular: La fixació comença de forma reversible i passa a irreversible. Les nucleases de membrana hidrolitzen una de les cadenes i l'hebra monocatenària restant s'introdueix al citoplasma. 2 Integració cromosòmica: La proteïna RecA catalitza l'aparellament homòleg i la recombinació del fragment forà amb el cromosoma bacterià. Si es bloqueja farmacològicament RecA, la transformació s'anul·la completament.

3 Biologia Cel·lular i Genètica Bàsica: Apunts i Resum 29 Soca S morta per calor: En ser inactivades tèrmicament, perden la capacitat infecciosa; els ratolins sobreviuen. Mescla de soques: La injecció simultània de cèl·lules R vives juntament amb soques S mortes per calor va causar la mort per pneumònia dels ratolins. En analitzar la seva sang, Griffith va aïllar bacteris S vius amb càpsula funcional. Griffith va concloure que un constituent de la soca S morta (anomenat principi transformant) havia passat a les cèl·lules R vives, transformant-les de manera permanent en patògenes virulentes.

COMPROVA-HO 37 Quina conseqüència tindria per a un bacteri incorporar un fragment de DNA monocatenari del medi si aquest bacteri té una mutació inactivadora en el gen que codifica la proteïna RecA? Transducció per bacteriòfags La transducció consisteix en el transport de gens bacterians des d'una cèl·lula donadora fins a una receptora per mitjà d'un virus bacteriòfag (vegeu «Bloc 1 — Biologia viral i cicles d'infecció»). En funció del cicle víric es distingeixen dues vies: Transducció generalitzada: S'esdevé durant un cicle lític anòmal provocat per un fago virulent.

El cromosoma hoste es fragmenta i, per error durant l'acoblament, qualsevol fragment aleatori del DNA bacterià s'empaqueta a l'interior d'una càpsida. Presenta una freqüència baixa de transferència per a un gen determinat. Transducció especialitzada: Associada a fags temperats que duen a terme un cicle lisogènic (com el fag lambda en Escherichia coli). En induir-se la sortida del profag del cromosoma hoste, es produeix una escisió incorrecta que arrossega exclusivament els gens bacterians adjacents al lloc d'integració vírica. Té una freqüència alta de transferència per a aquests loci concrets.

Conjugació bacteriana i plàsmids La conjugació és el procés parasexual de major eficiència gràcies al contacte físic directe intercel·lular. Va ser descrita principalment en Escherichia coli. Biologia Cel·lular i Genètica Bàsica: Apunts i Resum 30 Diagrama de les etapes de la conjugació bacteriana entre F+ i F-. La capacitat de conjugació depèn de la presència del factor F (o plàsmid de fertilitat). Un plàsmid és una molècula bicatenària circular de DNA extracromosòmic amb replicació autònoma respecte al cromosoma bacteriana, amb una mida habitual entre 1 i 500 quiloparells de bases ( ), en contrast amb els prop de del cromosoma cel·lular.

Cèl·lula donadora (F+): Conté el factor F lliure al citoplasma. Codifica la síntesi del pili sexual (apèndix proteic tubular). Cèl·lula receptora (F-): Manca del factor F. Procés de transferència: El pili de la cèl·lula F+ contacta amb la cèl·lula F- i es retreu per aproximar ambdues membranes, formant un pont citoplasmàtic. Una de les cadenes del plàsmid F es talla i es transfereix a la receptora mentre es replica mitjançant el mecanisme de cercle rodant. En finalitzar, ambdues cèl·lules posseeixen el plàsmid complet bicatenari i passen a ser F+. Cèl·lules Hfr (alta freqüència de recombinació): En certes ocasions, el factor F s'integra directament al cromosoma bacterià.

Quan una cèl·lula Hfr conjuga, transfereix fragments del cromosoma bacterià a la cèl·lula F-. ERROR FREQÜENT No s'ha de confondre mai la conjugació bacteriana amb la reproducció sexual. La conjugació és un mecanisme de transferència horitzontal de gens sense multiplicació cel·lular ni formació de gàmetes; el nombre d'individus no augmenta després del procés. 1 500 × 10 pb 3 5 × 10 pb 6 Biologia Cel·lular i Genètica Bàsica: Apunts i Resum 31 Elements genètics transposables i cartografia gènica Dins del genoma bacterià i plasmídic existeixen seqüències mòbils capaces de canviar d'ubicació física mitjançant transposició («gens saltarins»).

Aquest desplaçament confereix una gran plasticitat genètica: Transposons simples o seqüències d'inserció (IS): Són segments d'estructura mínima. Estan delimitats en els seus extrems per repeticions invertides terminals i codifiquen exclusivament l'enzim necessari per a la seva pròpia mobilització: la transposasa. Transposons compostos (Tn): Estructuren un segment central flanquejat per dues seqüències IS (en orientació directa o invertida). La regió central conté gens addicionals aliens a la transposició, com ara determinants de resistència a antibiòtics (per exemple, a tetraciclina o rifampicina).

Quan el transposó es mou, arrossega aquests gens, facilitant la ràpida aparició de soques patògenes multiresistents. Mapes genètics: de lligament i físics L'organització dels gens al genoma es descriu mitjançant la cartografia gènica: Mapes de lligament (genètics): Determinen la posició relativa i l'ordre dels gens calculant la distància a partir de les freqüències de recombinació durant creuaments o transferències. S'expressen en unitats relatives de recombinació.

Mapes físics: Quantifiquen la distància real entre dos punts de la cadena de DNA expressant-la en unitats mètriques absolutes de nucleòtids o parells de bases (pb, kb o Mb), utilitzant tècniques de seqüenciació i clons de contigs (com ara vectors YAC o BAC). COMPROVA-HO 38 Quina diferència estructural bàsica existeix entre un transposó simple (IS) i un transposó compost (Tn)? IDEES CLAU La reproducció asexual produeix descendència genèticament idèntica mitjançant replicació prèvia del DNA sense fecundació ni meiosi. La reproducció vegetativa (bipartició, gemmació i fragmentació) no presenta diferenciació somàtico-germinal, mentre que l'esporulació en plantes sense llavors sí.

La parasexualitat transfereix gens horitzontalment entre bacteris sense multiplicació numèrica ni duplicació cel·lular prèvia. Frederick Griffith (1928) va descriure el principi transformant en pneumococs, procés que depèn de la competència cel·lular i de la proteïna RecA. La conjugació empra el pili sexual per transferir el factor F d'un bacteri donador a un receptor . Els transposons compostos (Tn) flanquegen gens de resistència a antibiòtics mitjançant seqüències d'inserció (IS). F + F Biologia Cel·lular i Genètica Bàsica: Apunts i Resum 32 COMPROVA EL QUE HAS APRÈS 39.

Quins són els components indispensables perquè es pugui dur a terme amb èxit la integració del DNA durant la transformació bacteriana? 40. En què es diferencia la transducció generalitzada de l'especialitzada pel que fa als fragments de DNA transferits? 41. Quina distinció essencial existeix entre un mapa de lligament i un mapa físic? BLOC 2 5 Reproducció sexual, meiosi i cicles biològics EN ACABAR SABRÀS Distingir els fonaments citogenètics de la reproducció sexual i la funció biològica de la meiosi. Comparar els cicles biològics haplonte, diplonte i diplohaplonte segons el tipus de meiosi.

Explicar la funció de regulació gènica de l'ADN no codificant enfront del concepte tradicional d'ADN brossa. PENSA-HI ABANS DE LLEGIR 42 Com s'aconsegueix mantenir constant el nombre de cromosomes d'una espècie si cada fecundació suma els genomes de dos progenitors? Fonaments de la reproducció sexual La reproducció sexual és un mecanisme generador de diversitat propi d'organismes amb diferenciació sexual. A diferència de les estratègies vistes a la reproducció asexual (vegeu «Bloc 2 — Reproducció asexual i mecanismes de parasexualitat bacteriana»), aquest procés requereix la participació de cèl·lules especialitzades anomenades gàmetes, dotades d'un nombre haploide de cromosomes ( ).

DEFINICIÓ La fecundació és la fusió de dos gàmetes haploides (masculí i femení) que dona lloc a un zigot diploide ( ). Mitjançant aquest esdeveniment es restableix la dotació cromosòmica completa de l'espècie i es combinen els genomes parentals en un nou individu. Els vehicles moleculars de la transmissió genètica són els cromosomes. Mentre que els bacteris contenen un únic cromosoma circular, les cèl·lules eucariotes posseeixen múltiples cromosomes lineals formats per cromàtides i centròmers. L'espècie humana compta exactament amb 46 cromosomes, distribuïts en 22 parells d'autosomes i 1 parell de cromosomes sexuals.

Les diferències entre individus d'una mateixa espècie radiquen en la longitud cromosòmica i en l'ordre precís de les bases nitrogenades de l'ADN. n 2n Biologia Cel·lular i Genètica Bàsica: Apunts i Resum 33 COMPROVA-HO 43 Quina funció compensatòria compleix la meiosi respecte a la fecundació en el cicle biològic? Organització cromosòmica, meiosi i variabilitat genètica La meiosi és el procés de divisió nuclear específic dels eucariotes que redueix el nombre cromosòmic a la meitat. Parteix d'una cèl·lula precursora diploide i comprèn dues divisions cel·lulars consecutives: Esquema comparatiu de les divisions nuclears en mitosi i meiosi.

En l'àmbit genòmic humà, només aproximadament un 1,5 % de la seqüència correspon a gens codificants de proteïnes. L'anomenat històricament «ADN brossa» (més del 95 %…