Biologia Cel·lular i Genètica: Apunts i Guia de Repàs

I 0 flashcards i 16 preguntes més al document.

Text del document

APUNTS BIOLOGIA CEL·LULAR I FONAMENTS DE GENÈTICA Grau en Nutrició Humana i Dietètica Universitat Rovira i Virgili AprenAI 2026-2027 Apunts complets de Biologia Cel·lular i Genètica per a Nutrició (URV): teoria cel·lular, orgànuls, metabolisme, mitosi, meiosi i patologies mendelianes.

APREN.AI Índex 1 Teoria cel·lular, organització biològica i origen de la cèl·lula Desenvolupament històric de la teoria cel·lular Els quatre postulats de la teoria cel·lular moderna Organització biològica: cèl·lules procariotes i eucariotes Diferències estructurals entre la cèl·lula animal i vegetal Origen de les cèl·lules eucariotes: de LUCA a l'endosimbiosi Organismes acel·lulars: estructura i biologia dels virus Mètodes d'estudi de les cèl·lules 2 Microscòpia i preparació de mostres Fonaments històrics i relació forma-funció cel·lular Òptica física: límit de resolució i obertura numèrica Limitacions de les mostres biològiques i protocols de preparació Modalitats especials de microscòpia òptica Microscòpia electrònica: transmissió (MET) i rastreig (MEB) Processament de mostres per a microscòpia electrònica 3 Fraccionament cel·lular, cultius i tècniques citoquímiques Fraccionament cel·lular i centrifugació diferencial Cultius cel·lulars in vitro Eines d'estudi fisiològic cel·lular Citoquímica, histoquímica i immunocitoquímica Autoradiografia cel·lular Protocol clínic del gangli sentinella Membrana plasmàtica 4 Estructura, composició química i transport passiu i actiu Organització estructural: el model de membrana unitària Composició química i modulació de la fluïdesa Proteïnes de membrana: tipologia i ancoratge Mecanismes de transport a través de la membrana Especialitzacions de membrana: les microvellositats 5 Tràfic vesicular, reconeixement cel·lular i unions intercel·lulars Tràfic vesicular en massa: rutes d'incorporació i secreció Modalitats d'endocitosi: fagocitosi i pinocitosi Vies d'exocitosi: renovació constitutiva i secreció regulada Reconeixement celular i funció del glicocàlix Biologia Cel·lular i Genètica: Apunts i Guia de Repàs 1 Adhesivitat cel·lular i complexos d'unió epitelials 6 Citosol i citoesquelet — Metabolisme citoplasmàtic, inclusions i maquinària motriu Composició i propietats de la matriu citoplasmàtica Metabolisme citosòlic: vies catabòliques i anabòliques Elements granulars: inclusions i maquinària proteica Elements fibrosos: organització del citoesquelet Proteïnes motores i maquinària motriu cel·lular 7 Reticle endoplasmàtic — Arquitectura, biosíntesi de lípids i translocació de proteïnes Arquitectura, ultraestructura i composició química Funcions metabòliques del reticle endoplasmàtic llis (REL) Síntesi i translocació de proteïnes al RER N-glicosilació i control de qualitat al RER Biogènesi i repartiment del reticle 8 Aparell de Golgi — Polaritat dictiosòmica, processament glucídic i tràfic vesicular Morfologia i polaritat del dictiosoma Funcions fisiològiques generals i processament glucídic seqüencial Models de tràfic intracel·lular a través del dictiosoma Vesícules revestides i maquinària de transport Ruta de transport específic d'enzims lisosomals Biogènesi de l'aparell de Golgi 9 Lisosomes i vacúols — Digestió intracel·lular, autofàgia i biogènesi lisosòmica Organització general i comparativa: lisosomes i vacúols Ultraestructura i membrana lisosòmica Tipologies de lisosomes i cossos residuals Fisiologia de la digestió intracel·lular i extracel·lular Biogènesi lisosòmica: maduració i tràfic endosomal 10 Peroxisomes — Oxidació de substrats orgànics, destoxificació i fotorrespiració Morfologia i composició química dels peroxisomes Mecanisme oxidatiu acoblat: oxidases flavíniques i catalasa Metabolisme en cèl·lules animals: beta-oxidació i destoxificació Rutes en cèl·lules vegetals: glioxisomes i fotorrespiració Biogènesi peroxisòmica i seqüències senyal (SEP) 11 Mitocondris — Bioenergètica, fosforilació oxidativa i paper en l'apoptosi Ultraestructura i organització dels compartiments mitocondrials Composició química i rutes catabòliques de la matriu Fosforilació oxidativa i ATP sintetasa Biologia Cel·lular i Genètica: Apunts i Guia de Repàs 2 Homeòstasi del calci i mecanismes apoptòtics Biogènesi mitocondrial i caràcter semiautònom 12 Nucli cel·lular i ribosomes — Organització genòmica, embolcall nuclear i cromatina Arquitectura de l'embolcall nuclear, porus i làmina nuclear Nucleoplasma i organització de la cromatina Tipus de cromatina: eucromatina i heterocromatina El nuclèol i la biogènesi dels ribosomes eucariòtics (80S) 13 Cicle cel·lular, regulació i mort cel·lular — De la interfase a l'apoptosi Capacitat proliferativa dels llinatges cel·lulars Fases del cicle cel·lular eucariòtic i interfase Regulació molecular del cicle: complexes ciclina-Cdk i factors ambientals Mecanismes de mort cel·lular: necrosi vs.

apoptosi 14 Divisió cel·lular — Mitosi, meiosi i gametogènesi Mitosi: concepte general i aparell mitòtic Fases de la mitosi Citocinesi animal Meiosi: concepte i cicle biològic Primera divisió meiòtica (Meiosi I): reduccional Intercinesi i Segona divisió meiòtica (Meiosi II): equacional Comparativa exhaustiva: mitosi enfront de meiosi 15 Genètica clàssica — Fonaments mendelians, inactivació del cromosoma X i herència materna Conceptes fonamentals de genètica formal Lleis de Mendel Inactivació del cromosoma X: corpuscle de Barr L'experiment de Griffith i la base molecular de l'herència Herència materna i ADN mitocondrial 16 Trastorns mendelians en humans — Patrons d'herència autosòmica i lligada al sexe Classificació general dels trastorns genètics Herència autosòmica recessiva Herència autosòmica dominant Herència lligada al cromosoma X Herència lligada al cromosoma Y i caràcters influïts pel sexe 17 Mutacions genètiques, aberracions cromosòmiques i diagnòstic prenatal Classificació i nivells de les mutacions biològiques Alteracions cromosòmiques estructurals i elements mòbils Citogenètica clínica: cariotip humà i bandeig G Biologia Cel·lular i Genètica: Apunts i Guia de Repàs 3 Mutacions genòmiques: euploïdies i aneuploïdies Diagnòstic prenatal i criteris d'anàlisi cromosòmica 18 Resum per repassar Fonaments cel·lulars i tècniques d'estudi Membrana plasmàtica i citoesquelet Sistema d'endomembranes i orgànuls metabòlics Nucli, cicle cel·lular i divisió Genètica clàssica i citogenètica mèdica 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: Apunts i Guia de Repàs 4 1 Teoria cel·lular, organització biològica i origen de la cèl·lula EN ACABAR SABRÀS Enunciar els quatre postulats de la teoria cel·lular moderna i identificar els seus autors històrics Distingir les diferències estructurals entre cèl·lules procariotes, eucariotes animals i eucariotes vegetals Explicar la teoria endosimbiòtica de Margulis i assenyalar les proves biològiques que la sustenten Definir les característiques diferencials dels virus com a organismes acel·lulars PENSA-HI ABANS DE LLEGIR 1 Com és possible que els mitocondris i els cloroplasts tinguin el seu propi material genètic diferent del nucli de la mateixa cèl·lula?

La biologia és la ciència dedicada a l'estudi integral dels éssers vius. Al llarg dels segles XVI i XVII, el coneixement biològic classificava la totalitat dels organismes en dos únics regnes: el de les plantes i el dels animals. L'aparició i millora progressiva del microscopi òptic va revelar un món invisible que va obligar a establir un tercer regne destinat als microorganismes. Ja al segle XX, amb l'aportació de l'arbre filogenètic de Murray l'any 1968 que separava procariotes i eucariotes, Robert Whittaker va formular la consolidada classificació dels cinc regnes: moneres, protistes, fongs, plantes i animals.

ESQUEMA Estructura general de la biologia cel·lular Biologia Cel·lular Estudi dels éssers vius Formes cel·lulars Unitats vives amb metabolisme Procariotes Bacteris sense embolcall nuclear Eucariotes Nucli definit i endomembranes Formes acel·lulars Entitats sense metabolisme propi Virus Paràsits intracel·lulars obligats Cèl·lula animal Heteròtrofa i sense paret cel·lular Cèl·lula vegetal Paret cel·lulòsica i cloroplasts Biologia Cel·lular i Genètica: Apunts i Guia de Repàs 5 Desenvolupament històric de la teoria cel·lular La formulació de la teoria cel·lular va ser fruit d'avenços conceptuals i tècnics continuats: Robert Hooke: durant el segle XVII va utilitzar per primera vegada la paraula «cèl·lula» en observar les cavitats buides del teixit de suro mitjançant lents d'augment.

René Dutrochet: va establir les bases pioneres en descobrir que la matèria viva està constituïda fonamentalment per cèl·lules, considerant-se un antecedent directe d'aquesta teoria. Matthias Schleiden i Theodor Schwann (1838): van unificar les observacions en teixits vegetals i animals postulant que la cèl·lula és la unitat fonamental constitutiva de tots els organismes. Rudolf Virchow (1855): va completar el principi biològic en determinar que tota cèl·lula s'origina a partir d'una altra cèl·lula prèvia mitjançant divisió.

DEFINICIÓ Una cèl·lula és la unitat fonamental de la matèria viva, delimitada per una membrana plasmàtica i dotada de la capacitat autònoma de créixer, nodrir-se i multiplicar-se. Els quatre postulats de la teoria cel·lular moderna A partir d'aquestes aportacions històriques, la citologia moderna s'estructura al voltant de quatre principis fonamentals: 1. Unitat estructural: la totalitat dels éssers vius estan formats per una o més cèl·lules. 2. Unitat funcional: a l'interior de la cèl·lula tenen lloc totes les reaccions metabòliques necessàries per a la vida. 3. Unitat d'origen: qualsevol cèl·lula prové exclusivament de la divisió d'una altra cèl·lula preexistent. 4.

Unitat genètica: les cèl·lules contenen la informació hereditària transmissible de generació en generació. COMPROVA-HO 2 Quin postulat modern va introduir directament la contribució de Rudolf Virchow de 1855?

Organització biològica: cèl·lules procariotes i eucariotes Al segle XX, la invenció del microscopi electrònic va permetre confirmar una bifurcació estructural clau entre dos grans models d'organització cel·lular: Característica Cèl·lula procariota Cèl·lula eucariota Mida Molt petita ( ) Variable ( ) Embolcall nuclear Absent (sense nucli diferenciat) Present (delimita el nucli) Material genètic Cromosoma únic i circular, sense histones Múltiples cromosomes lineals associats a histones < 1 μm > 1 μm Biologia Cel·lular i Genètica: Apunts i Guia de Repàs 6 Característica Cèl·lula procariota Cèl·lula eucariota Sistema d'endomembranes Absent Present (reticle endoplasmàtic, aparell de Golgi) Ribosomes 70S 80S Paret cel·lular Paret de peptidoglicans (glucoctèptids) Variable: cel·lulosa en vegetals, quitina en fongs Citoesquelet Sense citoesquelet típic Present i complex Reproducció Asexual per bipartició Asexual per mitosi i sexual per meiosi Grups biològics Bacteris (Regne Moneres) Protozous, algues, fongs, plantes i animals Diferències estructurals entre la cèl·lula animal i vegetal Dins del domini eucariota, la cèl·lula animal i la cèl·lula vegetal presenten divergències morfològiques i funcionals derivades de la seva estratègia nutricional: Esquema comparatiu de l'organització estructural d'una cèl·lula animal i vegetal.

Característica Cèl·lula animal Cèl·lula vegetal Paret cel·lular Absent (només membrana plasmàtica) Present (paret rígida de cel·lulosa) Biologia Cel·lular i Genètica: Apunts i Guia de Repàs 7 Característica Cèl·lula animal Cèl·lula vegetal Morfologia Formes variades i flexibles Formes poligonals i geomètriques Orgànuls energètics Només mitocondris Mitocondris i cloroplasts Compartiment de reserva hídrica Vesícules petites i nombroses Gran vacúol central desenvolupat Aparell digestiu intern Lisosomes presents Gairebé absents (funció assumida pel vacúol) Metabolisme tròfic Heteròtrofa Fotoautòtrofa (síntesi de carbohidrats) ERROR FREQÜENT Pensar que les cèl·lules vegetals no respiren perquè fan la fotosíntesi és una fallada greu d'examen.

Les cèl·lules vegetals tenen tant cloroplasts per a la fotosíntesi com mitocondris per a la respiració cel·lular. Origen de les cèl·lules eucariotes: de LUCA a l'endosimbiosi L'origen cel·lular ancestral se situa en LUCA (acrònim de l'anglès Last Universal Common Ancestor), una comunitat de cèl·lules proeucariotes primigènies. Aquesta cèl·lula primitiva inicial era anaeròbica i ineficaç perquè no podia emprar l'oxigen ambiental per degradar la matèria orgànica. La formació de l'embolcall nuclear es va produir gràcies a la capacitat fagocitària de la cèl·lula: una invaginació de la membrana plasmàtica va embolcallar el material genètic aïllant-lo del citoplasma.

La transició cap a una cèl·lula més complexa i eficient no es va produir per mutacions aïllades, sinó per processos simbiòtics successius formulats en la teoria endosimbiòtica de Lynn Margulis: Biologia Cel·lular i Genètica: Apunts i Guia de Repàs 8 PROCÉS Origen endosimbiòtic dels eucariotes La teoria de Lynn Margulis compta amb sòlides evidències biològiques, genètiques i bioquímiques: Mitocondris i cloroplasts contenen el seu propi ADN circular sense histones, idèntic al bacterià. Presenten ribosomes interns de tipus 70S, característics dels procariotes, en comptes dels ribosomes 80S del citosol eucariota. Disposen d'una doble membrana derivada de la invaginació per fagocitosi.

Es divideixen per un mecanisme semblant a la bipartició bacteriana, independentment de la divisió del nucli cel·lular. COMPROVA-HO 3 Quina troballa ribosomal demostra l'origen bacterià dels mitocondris i cloroplasts? Organismes acel·lulars: estructura i biologia dels virus Els virus (terme derivat del llatí per a «toxina» o «verí») representen entitats biològiques situades al límit de la matèria viva. En no posseir estructura cel·lular, citoplasma ni maquinària metabòlica autònoma, es classifiquen com a formes biològiques acel·lulars o abiòtiques.

Paràsits intracel·lulars obligats: en no tenir orgànuls ni metabolisme propi, requereixen infectar i parasitar una cèl·lula viva per replicar-se utilitzant els seus enzims i ribosomes. Capacitat infectiva: actuen com a agents infecciosos, tot i que no totes les espècies víriques causen malalties patogèniques a l'hoste. Importància ecològica: constitueixen aproximadament el 95 % de la biomassa marina, exercint un paper clau en el reciclatge de nutrients i en l'equilibri de les xarxes tròfiques dels oceans.

Comunitat LUCA Cèl·lula proeucariota ancestral anaeròbica 1 Formació del nucli Invaginació membranosa que envolta el DNA 2 Endosimbiosi aeròbica Fagocitosi de bacteris formant mitocondris 3 Llinatge eucariota heteròtrof Precursor directe de cèl·lules animals 4 Endosimbiosi fotosintètica Fagocitosi de bacteris formant cloroplasts 5 Llinatge eucariota autòtrof Precursor directe de cèl·lules vegetals 6 Biologia Cel·lular i Genètica: Apunts i Guia de Repàs 9 IDEES CLAU La biologia estudia els éssers vius i la seva classificació va evolucionar des de dos regnes inicials fins als cinc regnes de Whittaker gràcies al microscopi.

La teoria cel·lular moderna estableix que la cèl·lula és la unitat estructural, funcional, d'origen i genètica de tots els organismes vius. Les cèl·lules procariotes manquen de nucli diferenciat i tenen ribosomes 70S, mentre que les eucariotes presenten embolcall nuclear, endomembranes i ribosomes 80S. Les cèl·lules vegetals es distingeixen de les animals per la presència de paret cel·lular cel·lulòsica, cloroplasts fotosintètics i un gran vacúol central. La teoria endosimbiòtica de Lynn Margulis explica l'adquisició de mitocondris i cloroplasts per incorporació simbiòtica de procariotes a la línia de LUCA.

Els virus són entitats acel·lulars i paràsits obligats sense metabolisme autònom, representant el 95 % de la biomassa marina. COMPROVA EL QUE HAS APRÈS 4. Quins investigadors van formular el nucli fundacional de la teoria cel·lular durant el segle XIX? 5. Com explica la hipòtesi de Margulis la doble membrana de mitocondris i cloroplasts? 6. Per què els virus no es consideren cèl·lules i com es repliquen? Test Encercla la resposta correcta. Les solucions són al final. 7. Qui va establir que tota cèl·lula prové necessàriament d'una altra cèl·lula preexistent? 8. Quina estructura és exclusiva de la cèl·lula vegetal respecte a la cèl·lula animal? 9.

Segons la teoria endosimbiòtica, com es van originar els mitocondris en la cèl·lula eucariota? René Dutrochet a) Rudolf Virchow b) Robert Hooke c) Theodor Schwann d) Mitocondri a) Paret de cel·lulosa b) Aparell de Golgi c) Citoesquelet d) Per fagocitosi de bacteris aeròbics a) Per degradació de cloroplasts antics b) Per evolució del nucli cel·lular c) Per mutacions de la membrana cel·lular d) Biologia Cel·lular i Genètica: Apunts i Guia de Repàs 10 10. Per què els virus es defineixen com a paràsits intracel·lulars obligats?

Perquè manquen d'àcids nucleics propis a) Perquè viuen exclusivament als oceans b) Perquè tenen paret bacteriana rígida c) Perquè no tenen orgànuls ni metabolisme d) Biologia Cel·lular i Genètica: Apunts i Guia de Repàs 11 2 Microscòpia i preparació de mostres EN ACABAR SABRÀS Calcular el límit de resolució i l'obertura numèrica aplicant l'equació física d'Abbe. Descriure les etapes consecutives del protocol histològic per a talls i preparacions permanents. Distingir les característiques tècniques, el tipus d'imatge i la resolució entre el MO, el MET i el MEB.

PENSA-HI ABANS DE LLEGIR 11 Si un microscopi permet augmentar una cèl·lula fins a 2.000 vegades, per què no podem veure sempre l'interior dels seus orgànuls amb detall? Fonaments històrics i relació forma-funció cel·lular El desenvolupament de la biologia cel·lular ha anat estretament lligat a l'evolució dels instruments d'amplificació òptica. L'any 1655, Robert Hooke va dissenyar el primer microscopi compost i va observar cavitats buides delimitades per parets cel·lulòsiques en làmines de suro, introduint el terme cèl·lula per a estructures que en realitat eren restes de cèl·lules vegetals mortes.

Més endavant, l'any 1674, Anton van Leeuwenhoek va construir un microscopi simple basat en una lent biconvexa subjecta a un mecanisme de cargol manual, amb el qual va aconseguir descriure per primera vegada microorganismes vius lliures. Aquests avenços tècnics van permetre que Mathias Schleiden i Theodor Schwann establissin el 1838 les bases de la teoria cel·lular (vegeu «Teoria cel·lular, organització biològica i origen de la cèl·lula»), segons la qual tots els éssers vius estan formats per cèl·lules com a unitats estructurals. L'any 1855, Rudolf Virchow va completar aquest marc conceptual enunciant que qualsevol cèl·lula procedeix exclusivament de la divisió d'una cèl·lula preexistent.

La morfologia d'una cèl·lula reflecteix directament l'especialització funcional que desenvolupa en l'organisme: Neurones: presenten prolongacions citoplasmàtiques llargues i primes dissenyades específicament per a la propagació ràpida de l'impuls nerviós a distància.

Mètodes d'estudi de les cèl·lules 2 Microscòpia i preparació de mostres 3 Fraccionament cel·lular, cultius i tècniques citoquímiques Biologia Cel·lular i Genètica: Apunts i Guia de Repàs 12 Òvul: és la cèl·lula humana de mida més gran; no posseeix vascularització directa i conté al seu interior totes les substàncies de reserva energètica imprescindibles per sustentar el desenvolupament embrionari inicial durant el trajecte des de les trompes de Fal·lopi fins a la seva implantació uterina després de la fecundació.

Eritròcits (glòbuls vermells): manquen de nucli en estat madur amb l'objectiu d'alliberar el màxim volum intern possible per emmagatzemar hemoglobina i transportar oxigen eficientment. COMPROVA-HO 12 Quina relació funcional justifica l'anucleació dels eritròcits humans madurs? Òptica física: límit de resolució i obertura numèrica DEFINICIÓ El límit de resolució (LR) és la distància mínima requerida entre dos punts perquè el sistema òptic els percebi com a entitats separades i independents. Com menor és aquest valor, major és la nitidesa i el detall estructural assolit pel microscopi. El concepte invers al límit de resolució s'anomena poder de resolució ( ).

Segons l'equació de diffraction formulada per Ernst Abbe, el límit de resolució depèn directament de la longitud d'ona de la radiació emprada i inversament de l'obertura numèrica del sistema: En aquesta expressió, representa la longitud d'ona de la font d'il·luminació i AN correspon a l'obertura numèrica de l'objectiu.

L'obertura numèrica defineix la capacitat de l'objectiu per recollir els cons de llum difractada per la mostra i es descriu mitjançant la fórmula: En aquest cas, és l'índex de refracció del medi situat entre la mostra i la lent frontal (relació entre la velocitat de propagació de la llum en el buit i en aquest medi específic), mentre que correspon al semiangle d'obertura del con de llum captat per la lent de l'objectiu. ERROR FREQÜENT Confondre el límit de resolució amb l'augment total del microscopi.

L'augment només engrandeix la mida angular de la imatge visible, però si no augmenta l'obertura numèrica o no es redueix la longitud d'ona ( ), s'obté un augment buit que no afegeix detall estructural nou. COMPROVA-HO 13 Què passa amb el límit de resolució si canviem un objectiu per un altre que tingui una obertura numèrica més gran?

Poder de resoluci = o ˊ 1/LR LR = AN 0,61 × λ β AN = n × β n β β Biologia Cel·lular i Genètica: Apunts i Guia de Repàs 13 Limitacions de les mostres biològiques i protocols de preparació L'observació microscòpica dels teixits biològics mitjançant microscòpia òptica convencional topa amb dos obstacles principals: el gruix excessiu de les estructures cel·lulars, que impedeix el pas de la llum, i la manca natural de color dels orgànuls, que genera un contrast pràcticament nul.

El problema del gruix s'elimina mitjançant seccions mecàniques extremadament fines, tot i que existeixen excepcions que poden examinar-se directament sense seccionar, tals com les cèl·lules sanguínies, els cultius cel·lulars primaris (vegeu «Mètodes d'estudi de les cèl·lules — Fraccionament cel·lular, cultius i tècniques citoquímiques»), les extensions bacterianes o els frotis procedents d'ovari, testicle i espermogrames. En sang, per exemple, n'hi ha prou dipositant una gota sobre el portaobjectes i expandint-la de manera homogènia amb un segon vidre. Segons l'estat en què s'estudien els components, les mostres es divideixen en dues categories de preparació: 1.

Preparacions vives o temporals Permeten avaluar processos dinàmics en temps real (com ara el control de cultius cel·lulars o la motilitat en espermogrames). Consten d'un muntatge humit simple entre portaobjectes i cobreobjectes, combinat sovint amb microscopis òptics especials o amb colorants vitals a concentracions innòcues que aporten contrast sense causar toxicitat immediata: Blau de metilè: tenyeix selectivament nuclis cel·lulars. Vermell neutre: s'acumula en estructures vesiculars i inclusions citoplasmàtiques. Verd Janus: actua com a indicador d'òxid-reducció específic per a mitocondris funcionals. 2.

Preparacions permanents (mortes) En el cas de cèl·lules aïllades s'aplica una seqüència de fixació, tinció i muntatge. Per als fragments de teixits o òrgans procedents de biòpsies, cal sotmetre la mostra a una successió estricta de tractaments per garantir la seva preservació i seccionament: Fixació: immobilitza els components cel·lulars i atura la degradació enzimàtica cadavèrica. En l'obtenció del cariotip humà, per exemple, és crític detenir i fixar les cèl·lules justament en metafase mitjançant colquicina, atès que és la fase del cicle en què els cromosomes exhibeixen el seu nivell màxim de condensació estructural.

1 Deshidratació: extracció progressiva de tota l'aigua tissular mitjançant banys d'alcohol en concentracions ascendents. 2 Inclusió: infiltració amb parafina fosa dins una estufa calenta; posteriorment, es refreda el motlle a temperatura ambient per formar un bloc sòlid i homogeni que sosté el teixit. 3 Microtomia: tall mecànic del bloc de parafina amb una fulla de gran precisió (micròtom) per aconseguir seccions microscòpiques prou primes perquè siguin travessades pel feix lluminós. 4 Rehidratació: retirada del medi apolar de parafina i reincorporació d'aigua per fer el teixit accessible als reactius aquosos. 5 Tinció: aplicació de contrastos químics diferencials.

L'exemple estàndard és l'ús conjunt d'hematoxilina (colorant bàsic que s'uneix als àcids nucleics del nucli per afinitat de càrrega) i eosina (colorant àcid que tenyeix les proteïnes bàsiques del citoplasma). 6 Biologia Cel·lular i Genètica: Apunts i Guia de Repàs 14 Esquema del protocol d'obtenció i preparació d'un cariotip humà en metafase. Deshidratació i muntatge: deshidratació final i segellat sota un cobreobjectes amb una resina transparent permanent. 7 Biologia Cel·lular i Genètica: Apunts i Guia de Repàs 15 PROCÉS Protocol histològic per a mostres permanents en MO COMPROVA-HO 14 Per què cal deshidratar completament un teixit biològic abans de procedir a la seva inclusió en parafina?

Modalitats especials de microscòpia òptica Per evitar els artefactes de fixació i observar cèl·lules sense necessitat de tenyir-les, s'utilitzen variants especials del microscopi òptic convencional: Microscopi òptic de camp clar: utilitza lents òptiques de vidre i requereix habitualment la tinció química prèvia de la mostra per distingir estructures biològiques. Microscopi de contrast de fases: transforma les petites diferències d'índex de refracció i gruix cel·lular en variacions apreciables d'amplitud i intensitat de llum; resulta ideal per examinar cèl·lules vives sense cap tinció.

Microscopi de contrast interferencial diferencial (Nomarski): utilitza dos feixos independents de llum polaritzada que es combinen després de travessar la mostra; genera imatges amb un contrast en relleu, com si la cèl·lula projectés ombres cap a una direcció lateral. Microscopi de polarització: disposa de dos filtres polaritzadors (el polaritzador pròpiament dit, situat entre el condensador i la preparació, i l'analitzador, col·locat entre la mostra i l'observador) per detectar estructures cel·lulars birrefringents o altament anisotròpiques.

Fixació Atura l'autòlisi i preserva la cèl·lula 1 Deshidratació Eliminació de l'aigua amb sèries d'alcohol 2 Inclusió en parafina Infiltració calenta i refredament en motlle 3 Microtomia Obtenció de seccions fines amb micròtom 4 Rehidratació i tinció Ús d'hematoxilina-eosina per contrastar 5 Muntatge definitiu Segellat hermètic amb cobreobjectes 6 Biologia Cel·lular i Genètica: Apunts i Guia de Repàs 16 Modalitat microscòpica Estratègia de generació de contrast Estat de la mostra i aplicació Camp clar Absorció diferencial de llum mediada per colorants químics Normalment mostres fixades i tenyides permanentment Contrast de fases Conversió de canvis de fase lluminosa en canvis de brillantor Cèl·lules vives no tenyides; orgànuls en suspensió Interferencial (Nomarski) Interferència de dos feixos de llum polaritzada ortogonals Cèl·lules vives; visualització d'efecte de relleu tridimensional Polarització Interacció amb dos filtres polaritzadors creuats Estructures altament ordenades, fibres i components anisotròpics COMPROVA-HO 15 Quina modalitat de microscòpia de llum permet distingir estructures vives simulant ombres laterals i volum sense aplicar colorants?

Microscòpia electrònica: transmissió (MET) i rastreig (MEB) La microscòpia electrònica substitueix els fotons de llum visible per feixos d'electrons accelerats ( ) i les lents òptiques de vidre per bobines electromagnètiques. Atès que els gasos atmosfèrics dispersen fàcilment els electrons, el funcionament intern d'aquests microscopis exigeix condicions estrictes de buit absolut. En conseqüència, totes les mostres analitzades estan completament mortes. λ 0,005 nm Biologia Cel·lular i Genètica: Apunts i Guia de Repàs 17 Esquema comparatiu dels components i trajectòries del feix en MO, MET i MEB.

Existeixen dues modalitats bàsiques de microscopis electrònics amb fonaments i aplicacions completament diferents: Microscopi electrònic de transmissió (MET): manté una configuració de lents anàloga a la del microscopi òptic. Un feix d'electrons primaris estable travessa seccions ultrafines de la mostra. La imatge es forma per transmissió diferencial en una pantalla fluorescent, assolint una resolució d'entre 0,5 i 1 nm i augments de fins a 1.000.000 de vegades. Microscopi electrònic de rastreig (MEB o SEM): el feix d'electrons escombra línia a línia la superfície de la mostra.

La interacció genera l'emissió d'electrons secundaris dispersats, els quals són captats per un detector lateral i transmesos a una pantalla de visualització. Aquesta tècnica ofereix imatges topogràfiques de relleu tridimensional amb una gran profunditat de camp (de diversos mil·límetres), cosa que manté enfocats simultàniament diversos plans d'estructures de gran volum, assolint resolucions d'entre 5 i 10 nm.

Paràmetre tècnic Microscopi òptic (MO) Microscopi electrònic de transmissió (MET) Microscopi electrònic de rastreig (MEB) Font de radiació Llum visible ( ) Feix d'electrons ( ) Feix d'electrons ( ) Sistema de lents Lents de vidre òptic Lents electromagnètiques Lents electromagnètiques Medi intern Aire Buit Buit λ = 500 nm λ = 0,005 nm λ = 0,005 nm Biologia Cel·lular i Genètica: Apunts i Guia de Repàs 18 Paràmetre tècnic Microscopi òptic (MO) Microscopi electrònic de transmissió (MET) Microscopi electrònic de rastreig (MEB) Tipus de mostra Vives o mortes Estrictament mortes Estrictament mortes Voltatge d'acceleració No aplicable Límit de resolució 0,2 µm (200 nm) 0,5 - 1 nm 5 - 10 nm Interval d'augments Formació d'imatge Transmissió de fotons Transmissió d'electrons primaris Rastreig i detecció d'electrons secundaris ESQUEMA Classificació dels principals microscopis en biologia Processament de mostres per a microscòpia electrònica La preparació de teixits per a microscòpia electrònica requereix protocols físico-químics molt rigorosos per resistir l'alt buit i l'impacte energètic del feix d'electrons: 40 100 kV 1 40 kV 40 × 1.000× 100 × 1.000.000× 10 × 100.000× Microscopis biològics Instruments d'estudi cel·lular Microscòpia òptica (MO) Utilitza fotons i lents de vidre Camp clar Requereix mostres tenyides Contrast de fases Ideal per cèl·lules vives Nomarski i polarització Efecte tridimensional o birrefringència Microscòpia electrònica (ME) Utilitza electrons i lents electromagnètiques Transmissió (MET) Ultraestructura interna en talls ultrafins Rastreig (MEB) Superfícies i relleu en 3D Biologia Cel·lular i Genètica: Apunts i Guia de Repàs 19 Preparació per a MET Diagrama del procés de preparació, ultratall i suport per a mostres de MET.

Preparació per a MEB COMPROVA-HO 16 Quina és la raó per la qual es recobreix la mostra amb or o carboni en microscòpia electrònica de rastreig? Fixació química: estabilització de la ultraestructura molecular. 1 Deshidratació: substitució de l'aigua tissular per dissolvents orgànics en concentracions creixents. 2 Inclusió en resines plàstiques: polimerització de la mostra en matrius d'epoxi o resina molt dures per permetre talls nanogràfics. 3 Ultratall (ultramicrotomia): obtenció de seccions ultrafines mitjançant ganivetes de vidre o diamant, les quals es recullen directament sobre reixetes metàl·liques de suport en comptes de portaobjectes de vidre.

4 Contrastat amb sals de metalls pesants: impregnació amb compostos d'alta densitat electrònica per desviar selectivament el pas del feix electrònic. 5 Fixació i assecat: el teixit es deshidrata i s'asseca mitjançant el mètode del punt crític o criodessecació, evitant que les tensions superficials del líquid en evaporar-se col·lapsin la morfologia de la superfície. 1 Metal·lització (conductivitat): evaporació d'una capa nanomètrica de metalls conductors (com ara or, Au, o carboni, C) sobre la superfície per desviar les càrregues elèctriques i facilitar l'emissió secundària d'electrons.

2 Biologia Cel·lular i Genètica: Apunts i Guia de Repàs 20 IDEES CLAU El límit de resolució és la distància mínima per separar dos punts independents i és directament proporcional a la longitud d'ona de la radiació i inversament proporcional a l'obertura numèrica. El microscopi òptic convencional té una resolució límit teòrica de ( ), mentre que el MET assoleix entre 0,5 i . El protocol histològic permanent inclou fixació, deshidratació, inclusió en parafina, microtomia, rehidratació, tinció amb hematoxilina-eosina i muntatge.

El MET forma imatges ultrastructurals per electrons primaris transmesos a través de talls ultrafins, mentre que el MEB escaneja la superfície oferint imatges tridimensionals topogràfiques. COMPROVA EL QUE HAS APRÈS 17. Com influeix l'obertura numèrica (AN) en la capacitat de discriminació espacial d'un microscopi? 18. Quines diferències principals presenten les imatges generades pel MET respecte a les del MEB? MÈTODES D'ESTUDI DE LES CÈL·LULES 3 Fraccionament cel·lular, cultius i tècniques citoquímiques EN ACABAR SABRÀS Distingir les fraccions subcel·lulars obtingudes en cada fase de la centrifugació diferencial.

Diferenciar els requeriments i tipus de cultius cel·lulars primaris, secundaris i línies immortalitzades. Comparar els fonaments i usos de la citoquímica, histoquímica, immunocitoquímica i autoradiografia. Descriure el procediment d'identificació i utilitat clínica de la biòpsia del gangli sentinella. PENSA-HI ABANS DE LLEGIR 19 Com podem saber si un càncer ha començat a disseminar-se sense haver d'extirpar tots els ganglis limfàtics circumdants? 0,2 μm 200 nm 1 nm Biologia Cel·lular i Genètica: Apunts i Guia de Repàs 21 Fraccionament cel·lular i centrifugació diferencial Per investigar el funcionament dels components interns de la cèl·lula cal aïllar-los sense trencar les seves estructures.

El fraccionament cel·lular és el conjunt d'etapes que permet separar els diferents orgànuls i fraccions subcel·lulars a partir d'un teixit homogeneïtzat. Aquest procés comença amb la lisi controlada del teixit per obtenir l'homogenat cel·lular. Tot seguit, la mostra se sotmet a una sèrie de centrifugacions successives on s'incrementa de manera progressiva la velocitat i la durada de gir. Aquesta estratègia s'anomena centrifugació diferencial i separa els components segons la seva mida i la seva densitat relativa. Esquema estructural d'un ultracentrifugador amb rotor d'angle fix i buit.

Els ultracentrifugadors disposen d'un rotor d'angle fix o oscil·lant, tancat en una cambra cuirassada amb refrigeració i buit per evitar el sobreescalfament per fricció. A mesura que s'aplica una força centrífuga creixent, els elements més grossos i densos sedimenten primer cap al fons formant un precipitat (sediment), mentre que la resta roman en suspensió en el sobrenadant. Biologia Cel·lular i Genètica: Apunts i Guia de Repàs 22 Esquema de les etapes consecutives de la centrifugació diferencial d'un homogenat. Quan cal una puresa més elevada, s'utilitza la separació en un gradient de densitat (per exemple, amb solucions de sacarosa del 20 % al 70 %).

Els orgànuls sedimenten a través del tub fins a situar-se exactament al punt on la densitat del medi iguala la seva pròpia densitat de flotació. COMPROVA-HO 20 Quina fracció cel·lular sedimenta abans durant una centrifugació diferencial seriada: els mitocondris o els ribosomes? Per quina raó física? Cultius cel·lulars in vitro Els cultius cel·lulars són mètodes que permeten mantenir i fer proliferar cèl·lules fóra del seu teixit o organisme d'origen, conservant les seves propietats fisiològiques, bioquímiques i genètiques. S'utilitzen de forma rutinària per a experiments morfològics, anàlisis fisiològiques i assajos químics.

Centrifugació a baixa velocitat: sedimenten les cèl·lules enteres no trencades, els nuclis i les xarxes denses de citoesquelet (vegeu «Citosol i citoesquelet — Metabolisme citoplasmàtic, inclusions i maquinària motriu»). 1 Centrifugació a velocitat mitjana: el sobrenadant anterior es torna a centrifugar i precipiten els orgànuls de mida intermèdia com mitocondris, lisosomes i peroxisomes (vegeu «Mitocondris — Bioenergètica, fosforilació oxidativa i paper en l'apoptosi»). 2 Centrifugació a alta velocitat: sedimenten les fraccions membranoses petites, conegudes com microsomes (fragments derivats del reticle endoplasmàtic), i altres vesícules menors.

3 Sobrenadant final: després de la centrifugació d'alta velocitat, a la fase líquida líquida queden els components solubles del citosol, les macromolècules lliures, els ribosomes i els virus. 4 Biologia Cel·lular i Genètica: Apunts i Guia de Repàs 23 ESQUEMA Tipus de cultius cel·lulars Segons l'origen i el temps de permanència, els cultius es classifiquen en tres categories principals: Cultius primaris: s'inicien directament a partir de cèl·lules aïllades i disgregades d'un fragment de teixit original fresc. Tenen una capacitat de divisió limitada en el temps. Cultius secundaris: deriven de la reiteració i subcultiu d'un cultiu primari.

Les cèl·lules es poden mantenir congelades en nitrogen líquid, descongelar-se posteriorment i transferir-se a un nou recipient amb medi fresc. Línies cel·lulars establertes (immortalitzades): cèl·lules adaptades a una multiplicació prolongada in vitro gràcies a transformacions genètiques o d'origen tumoral que els atorguen una capacitat il·limitada de divisió. En són exemples paradigmàtics les cèl·lules HeLa o les línies L.

Per garantir la supervivència de les cèl·lules de mamífers cal preparar un medi líquid complex i nutritiu que reprodueixi les condicions homeostàtiques de l'organisme: Aminoàcids Vitamines Sals minerals Components diversos Arginina, cistina, glutamina, histidina, isoleucina, leucina, lisina, metionina, fenilalanina, treonina, triptòfan, tirosina, valina Biotina, colina, folat, nicotinamida, pantotenat, piridoxal, tiamina, riboflavina NaCl, KCl, NaH PO , NaHCO , CaCl , MgCl Glucosa (font d'energia), vermell fenol (indicador de pH), sèrum sencer (factors de creixement), penicil·lina i estreptomicina (antibiòtics protectors) ERROR FREQÜENT Confondre un cultiu primari amb una línia cel·lular establerta.

El cultiu primari prové directament del teixit sa i té una vida útil finita abans d'entrar en senescència. Una línia establerta (com HeLa) ha sofert canvis genètics que li permeten créixer indefinidament sense aturar-se.

Cultiu primari Cèl·lules aïllades directament del teixit fresc Cultiu secundari Subcultiu procedent de descongelació en nitrogen líquid Línies establertes Proliferació immortalitzada il·limitada in vitro Cèl·lules HeLa Línia cel·lular humana clàssica immortal Cèl·lules L Model immortalitzat per a assajos biològics Biologia Cel·lular i Genètica: Apunts i Guia de Repàs 24 Eines d'estudi fisiològic cel·lular L'anàlisi cel·lular in vivo requereix instrumental especialitzat capaç d'interactuar amb la cèl·lula sense destruir-ne la funcionalitat: Micromanipuladors: sistemes mecànics de precisió proveïts de microagulles per introduir substàncies o estructures dins d'una cèl·lula viva.

Una aplicació clau és la fecundació in vitro, on s'introdueix l'espermatozoide directament al citoplasma de l'òvul. Tot i que la membrana plasmàtica és punxada per a la injecció, les seves propietats autoreparadores permeten restablir la integritat funcional amb molta rapidesa. Microelèctrodes: dispositius amb un diàmetre de l'ordre de micròmetres capaços d'inserir-se a l'interior d'una sola cèl·lula. Permeten el registre directe de l'activitat elèctrica intracel·lular i la mesura exacta del potencial de membrana, especialment en teixits excitables com el sistema nerviós.

Microespiròmetres: equips sensibles per quantificar la respiració cel·lular mitjançant l'avaluació dels bescanvis gasosos individuals o en petits grups cel·lulars. COMPROVA-HO 21 Per què la punció amb un micromanipulador no provoca la lisi irreversible d'un oòcit en la fecundació in vitro? Citoquímica, histoquímica i immunocitoquímica La citoquímica estudia la naturalesa química i la disposició espacial de molècules, enzims, principis immediats i metalls pesants a l'interior de les estructures cel·lulars. Les reaccions enzimàtiques utilitzades han de ser altament específiques i controlades, ja que depenen de la temperatura de reacció, el pH i la concentració de sals del medi.

Com que els enzims no són directament visibles al microscopi, cal fer reaccionar el seu producte per obtenir marcadors identificables (com en la detecció de fosfatasa alcalina en cultius intestinals). Per la seva banda, la histoquímica identifica la distribució d'agrupaments o radicals químics sobre talls de teixits. El seu fonament consisteix a desencadenar una reacció que generi productes insolubles, acolorits per a la microscòpia òptica o electrodensos per a la microscòpia electrònica. La immunocitoquímica aprofita l'alta especificitat i afinitat que posseeixen els anticossos (generalment immunoglobulines de tipus IgG) per reconèixer i unir-se a molècules diana concretes (antígens).

Els anticossos es conjuguen amb enzims marcadors o amb fluoròfors visibles per fluorescència, aconseguint detectar quantitats ínfimes de molècules en preparacions biològiques.

Mètode d'estudi molecular Principi de detecció Element visualitzat Exemple d'aplicació Histoquímica Reaccions químiques que precipiten compostos insolubles Radicals químics i dipòsits electrodensos Identificació de dipòsits de metalls o grups químics en talls Biologia Cel·lular i Genètica: Apunts i Guia de Repàs 25 Mètode d'estudi molecular Principi de detecció Element visualitzat Exemple d'aplicació Citoquímica enzimàtica Conversió de substrats específics mitjançant activitat catalítica Productes insolubles derivats de l'enzim Detecció de fosfatasa alcalina en cocultius cel·lulars Immunocitoquímica Unió antigen-anticòs (IgG conjugades amb enzims o fluoròfors) Proteïnes i antígens específics Diagnòstic de receptors hormonals en neoplàsies Autoradiografia Impressió fotogràfica per desintegració d'isòtops radioactius Grans de plata metàl·lica precipitats Seguiment temporal de la síntesi de proteïnes secretores En la pràctica oncològica, la immunocitoquímica és un instrument indispensable: Localització de l'origen de tumors primaris desconeguts a partir de mostres de micrometàstasis.

Tipificació específica de limfomes i leucèmies per seleccionar el tractament idoni. Detecció de marcadors de valor predictiu, com els receptors d'estrògens i de progesterona en càncer de mama, fonamentals per guiar l'elecció terapèutica. COMPROVA-HO 22 Quin és el paper dels anticossos conjugats en la detecció de proteïnes per immunocitoquímica? Autoradiografia cel·lular L'autoradiografia és la tècnica que permet localitzar compostos que han incorporat isòtops radioactius dins la cèl·lula. En aquesta metodologia, el tall de teixit marcat es col·loca en la foscor en contacte directe amb una emulsió fotogràfica sensible a les radiacions.

Les partícules emeses per la desintegració nuclear dels àtoms radioactius activen l'emulsió. En revelar la preparació, l'activació es manifesta en forma de grans negres de plata metàl·lica sobre les àrees que contenen el radiotraçador. Biologia Cel·lular i Genètica: Apunts i Guia de Repàs 26 Gràfica de la cinètica de detecció autoradiogràfica de proteïnes secretores. Aquesta metodologia permet traçar la ruta biosintètica i el tràfic intracel·lular de macromolècules en funció del temps. Si s'aplica una font d'aminoàcids radioactius a una cèl·lula secretora, la radioactivitat es detecta inicialment al reticle endoplasmàtic rugós (cap als 3 minuts).

Entre els 10 i 20 minuts posteriors, el marcatge es concentra a l'aparell de Golgi (vegeu «Aparell de Golgi — Polaritat dictiosòmica, processament glucídic i tràfic vesicular»). Finalment, entre els 80 i 90 minuts, els grans de plata es concentren predominantment en els grànuls de secreció abans de ser abocats a l'exterior. Protocol clínic del gangli sentinella En el tractament oncològic de tumors sòlids, la disseminació limfàtica no es produeix de manera caòtica, sinó que segueix un patró ordenat i predictible. El gangli sentinella és el primer gangli limfàtic de drenatge regional que rep el flux de limfa directament des de la zona on s'assenta el tumor primari.

PROCÉS Protocol diagnòstic del gangli sentinella 1 Injecció de radioisòtop Administració d'un traçador emissor gamma prop del tumor 2 Gammagrafia i marcatge Visualització del drenatge i marcatge cutani del punt 3 Biòpsia intraoperatòria Localització amb detector gamma i extirpació del gangli 4 Anàlisi patològica Determinació de metàstasi per decidir el buidament limfàtic Aquest gangli constitueix l'estació amb més risc d'allotjar una metàstasi inicial.

Si l'anàlisi patològica del gangli sentinella no mostra cèl·lules malignes, es pot inferir amb alta probabilitat que la resta de ganglis de la cadena es troben nets, evitant disseccions limfàtiques extenses que causen seqüeles postoperatòries greus com el limfedema. Injecció del radioisòtop: s'introdueixen compostos que incorporen radioisòtops emissors gamma al voltant de la lesió tumoral primària. 1 Biologia Cel·lular i Genètica: Apunts i Guia de Repàs 27 La biòpsia del gangli sentinella s'aplica fonamentalment en casos de càncer de mama i càncer de pell (especialment melanoma), a més d'intervencions en neoplàsies de cap i coll, còlon i penis.

En el cas del melanoma cutani, el signe d'alerta inicial més comú sol ser una modificació en la mida, el relleu, el contorn, la sensació o el color d'una piga prèvia, adoptant típicament tons negres o blaus foscos. COMPROVA-HO 23 Quina transcendència clínica té el fet que el resultat de la biòpsia del gangli sentinella sigui negatiu? IDEES CLAU La centrifugació diferencial separa els components cel·lulars en funció de la seva mida i densitat mitjançant velocitats successivament creixents. Els cultius cel·lulars requereixen medis enriquits amb glucosa, aminoàcids, sals, vitamines i sèrum, podent originar línies immortalitzades com HeLa.

La histoquímica detecta radicals insolubles, la citoquímica reaccions enzimàtiques i la immunocitoquímica empra anticossos per localitzar molècules diana. L'autoradiografia permet seguir la síntesi i el transport intracel·lular de molècules mitjançant l'activació de pel·lícules fotogràfiques per isòtops. El gangli sentinella és el primer nòdul limfàtic que drena un tumor; la seva biòpsia selectiva evita l'extirpació innecessària de tota la xarxa ganglionar. COMPROVA EL QUE HAS APRÈS 24. En quin ordre sedimenten els següents components durant un fraccionament diferencial: microsomes, nuclis i mitocondris? 25.

Quin paper compleix el detector de radiació gamma durant la cirurgia del gangli sentinella? Gammagrafia preoperatòria: mitjançant la tècnica de radiologia nuclear, s'enregistren imatges de la migració del radiotraçador per identificar el canal de drenatge limfàtic i es marca la pell sobre la zona anatòmica del gangli. 2 Extirpació quirúrgica selectiva: a la sala d'operacions, el cirurgià empra un detector de radiació gamma manual per localitzar el gangli que concentra el traçador i procedir a la seva biòpsia. 3 Avaluació anatomopatològica: s'analitzen les cèl·lules del gangli sentinella extret.

Si resulta negatiu per a metàstasi, la cadena ganglionar no es toca i manté el drenatge fisiològic de líquids. Si és positiu, s'analitzen els ganglis següents i es procedeix a l'extirpació ganglionar completa segons el protocol establert. 4 Biologia Cel·lular i Genètica: Apunts i Guia de Repàs 28 Test Encercla la resposta correcta. Les solucions són al final. 26. Quin científic va postular que qualsevol cèl·lula s'origina a partir de la divisió d'una cèl·lula preexistent? 27. Quin paràmetre aconsegueix disminuir el límit de resolució segons l'equació d'Abbe? 28. Quin colorant vital s'utilitza específicament per evidenciar l'activitat funcional dels mitocondris vius? 29.

Quina etapa és pròpia de la preparació per a microscòpia electrònica de rastreig (MEB) i no del MET? 30. Quin component cel·lular sedimenta en la primera etapa de la centrifugació diferencial a baixa velocitat? 31. Com s'anomena el cultiu cel·lular sotmès a transformacions que li atorguen capacitat de divisió il·limitada? 32. Com es revelen els llocs de marcatge radioactiu en la tècnica d'autoradiografia cel·lular? 33. Quina conducta clínica se segueix si el gangli sentinella resulta lliure de cèl·lules metastàtiques?

Anton van Leeuwenhoek a) Theodor Schwann b) Rudolf Virchow c) Robert Hooke d) Augmentar l'obertura numèrica a) Disminuir l'angle d'obertura del con b) Reduir l'índex de refracció del medi c) Utilitzar una longitud d'ona superior d) Hematoxilina a) Eosina b) Blau de metilè c) Verd Janus d) Metal·lització amb or o carboni a) Talls amb ganiveta de diamant b) Inclusió en resina plàstica epoxi c) Rehidratació amb sèries d'alcohol d) Nuclis i cèl·lules enteres a) Ribosomes lliures b) Microsomes i vesícules c) Lisosomes i peroxisomes d) Cultiu d'òrgan autòleg a) Cultiu primari fresc b) Cultiu secundari congelat c) Línia cel·lular establerta d) Grans negres de plata metàl·lica a) Precipitats de sals de calci b) Canvis de color pel vermell fenol c) Emissió de llum fluorescent verda d) Reiteració de la prova a les 24 hores a) Conservació de la resta de ganglis b) Radioteràpia immediata massiva c) Extirpació de tots els ganglis d) Biologia Cel·lular i Genètica: Apunts i Guia de Repàs 29 4 Estructura, composició química i transport passiu i actiu EN ACABAR SABRÀS Distingir l'estructura trilaminar i l'asimetria molecular de la membrana plasmàtica.

Analitzar com afecten la longitud, la insaturació dels àcids grassos i el colesterol a la fluïdesa. Classificar les proteïnes de membrana segons la seva relació amb la bicapa lipídica. Explicar el funcionament estequiomètric de la bomba de sodi/potassi i el cotransport acoblat. PENSA-HI ABANS DE LLEGIR 34 Com pot una cèl·lula introduir nutrients a l'interior fins i tot quan la seva concentració intracel·lular és molt superior a la de l'exterior? La membrana plasmàtica constitueix la frontera dinàmica i activa que envolta qualsevol cèl·lula.

Delimita el citoplasma de l'entorn extracel·lular, regula l'intercanvi molecular i possibilita la recepció d'estímuls, la comunicació i l'adhesivitat intercel·lular. Membrana plasmàtica 4 Estructura, composició química i transport passiu i actiu 5 Tràfic vesicular, reconeixement cel·lular i unions intercel·lulars Biologia Cel·lular i Genètica: Apunts i Guia de Repàs 30 ESQUEMA Organització funcional de la membrana cel·lular Organització estructural: el model de membrana unitària Totes les membranes cel·lulars comparteixen el patró estructural de membrana unitària.

Quan s'observen mitjançant microscòpia electrònica, mostren una arquitectura laminar característica: Estructura trilaminar: es distingeixen tres bandes paral·leles formades per una capa electrodensa externa (fosca), una capa central electrotransparent (clara) i una capa electrodensa interna (fosca). Asimetria de membrana: la distribució molecular difereix entre la monocapa extracel·lular i la citoplasmàtica. Els glúcids s'orienten de manera exclusiva cap a l'espai exterior formant glicoproteïnes i glicolípids, components fonamentals relacionats amb el glicocàlix (vegeu «Membrana plasmàtica — Tràfic vesicular, reconeixement cel·lular i unions intercel·lulars»).

Dinamisme i fluïdesa: els components no estan immòbils, sinó que es desplacen bidimensionalment segons el model del mosaic fluid. Això permet processos com la fusió de membranes o el desplaçament de receptors. PER RECORDAR-HO L'aspecte trilaminar al microscopi electrònic recorda un «sandvitx»: les dues llesques fosques són els caps polars hidròfils electrodensos en contacte amb l'aigua, mentre que l'interior clar el formen les cues lipídiques hidròfobes electrotransparents. COMPROVA-HO 35 Què determina l'asimetria entre les dues cares de la membrana plasmàtica?

Bicapa lipídica Fosfolípids, colesterol i esfingolípids Modulació de fluïdesa Longitud, insaturacions i colesterol Asimetria glucídica Glicolípids a la cara extracel·lular Proteïnes de membrana Integrals i perifèriques Proteïnes transmembrana Dominis en hèlix alfa hidròfobs Sistemes de transport Passiu i actiu Transport passiu Difusió simple i facilitada Transport actiu Bomba Na+/K+ i cotransport Diferenciacions Microvellositats en teixits absorbents Biologia Cel·lular i Genètica: Apunts i Guia de Repàs 31 Composició química i modulació de la fluïdesa La fracció macromolecular majoritària de la membrana plasmàtica està repartida en una proporció mitjana aproximada del 40% de lípids i el 60% de proteïnes, acompanyada d'una petita fracció de carbohidrats associats.

Grup lipídic Distribució i particularitats Efecte sobre la membrana Fosfolípids Components lipídics bàsics i universals; amfipàtics (cap hidròfil i cues hidròfobes). Estructura bàsica en bicapa que autoorganitza la barrera impermeable a l'aigua. Colesterol Present en cèl·lules animals; les cèl·lules vegetals contenen altres tipus d'esterols. Regula la fluïdesa en interposar-se entre els fosfolípids i modular el seu empaquetament. Esfingolípids Freqüentment conjugats amb cadenes glucídiques (glicolípids). Contribueixen a l'asimetria i a les propietats protectores i de reconeixement de la cara externa.

La fluïdesa de la bicapa depèn de la temperatura i, principalment, de la naturalesa dels seus lípids: COMPROVA-HO 36 Per què una membrana rica en àcids grassos poliinsaturats de cadena curta és més fluida a temperatures moderades? Proteïnes de membrana: tipologia i ancoratge Les proteïnes desenvolupen les funcions biològiques clau de la membrana: activitat enzimàtica, ancoratge estructural, transducció de senyals i transport específic. Es classifiquen segons la seva interacció amb la bicapa: Longitud dels àcids grassos: les cadenes curtes interaccionen amb menys forces de van der Waals entre si; per tant, a menor longitud, major fluïdesa.

1 Grau d'insaturació: els dobles enllaços introdueixen colzades als àcids grassos, dificultant el seu empaquetament. Si es redueix el punt de fusió, els àcids grassos no s'associen rígidament, la qual cosa incrementa la fluïdesa. 2 Proporció de colesterol: actua com un amortidor tèrmic; la seva presència fa baixar el punt de fusió dels lípids i modula la mobilitat molecular en impedir tant la cristal·lització a baixes temperatures com l'excés de deformabilitat. 3 Biologia Cel·lular i Genètica: Apunts i Guia de Repàs 32 Esquema de la localització de les proteïnes perifèriques a la membrana.

Proteïnes perifèriques (extrínseques): es localitzen superficialment a la regió hidròfila de la bicapa, ja sigui associades a la cara extracel·lular o a la citoplasmàtica, sense penetrar a l'interior hidròfob. Diagrama dels diferents models d'ancoratge de les proteïnes integrals transmembrana. Proteïnes integrals (intrínseques): estan embegudes en la regió hidròfoba central mitjançant dominis caracteritzats per estructures en hèlix alfa transmembrana. Poden travessar la bicapa una sola vegada (pas únic), múltiples vegades (multipàs) o formar complexos de diverses subunitats. També n'hi ha ancorades exclusivament a una monocapa.

A la cara extracel·lular, moltes s'associen amb polisacàrids constituint glicoproteïnes. Mecanismes de transport a través de la membrana La bicapa lipídica actua com una barrera amb permeabilitat selectiva. El pas de substàncies petites o ions pot dur-se a terme sense consum d'energia (transport passiu) o amb despesa directa o indirecta d'energia metabòlica (transport actiu). Biologia Cel·lular i Genètica: Apunts i Guia de Repàs 33 Esquema dels tipus de transport passiu i actiu a través de membrana.

PROCÉS Mecanismes de transport segons despesa energètica creixent 1 Difusió simple Sense proteïna ni consum d'energia 2 Canals i permeases Difusió facilitada a favor de gradient 3 Cotransport secundari Aprofita el gradient iònic existent 4 Bomba de Na+/K+ Transport actiu primari amb hidròlisi d'ATP Mecanisme de transport Direcció respecte al gradient Requereix proteïna? Despesa d'energia Substàncies transportades Difusió simple A favor de gradient No Nul·la Molècules petites sense càrrega o no polars a través de la bicapa. Difusió facilitada per canals A favor de gradient electroquímic Sí (proteïnes de canal) Nul·la Ions inorgànics que travessen per un porus hidròfil obert o regulat.

Difusió facilitada per transportador A favor de gradient Sí (canvi conformacional en permeasa) Nul·la Nutrients com la glucosa (p. ex., transportadors de tipus GLUT-1 o GLUT- 2). Biologia Cel·lular i Genètica: Apunts i Guia de Repàs 34 Mecanisme de transport Direcció respecte al gradient Requereix proteïna? Despesa d'energia Substàncies transportades Transport actiu primari En contra de gradient electroquímic Sí (bombes moleculars) Directa (hidròlisi d'ATP) Ions ( i mitjançant la bomba Na+/K+-ATPasa). Transport actiu secundari Una molècula contra gradient, acoblada a una altra a favor Sí (cotransportadors) Indirecta (dissipació de gradient de sodi) Nutrients com la glucosa (p.

ex., cotransportador SGLUT-1). Transport actiu primari: la bomba de sodi/potassi La bomba de Na+/K+-ATPasa és una proteïna integral de transport actiu primari present en cèl·lules animals. La seva estequiometria fixa consisteix en: DEFINICIÓ Per cada molècula d'ATP hidrolitzada al citoplasma, el transportador extreu 3 ions Na+ cap a l'exterior i introdueix 2 ions K+ al citoplasma, ambdós en contra dels seus respectius gradients químics i elèctrics.

Aquesta activitat manté el volum cel·lular i l'equilibri osmòtic, genera el potencial elèctric de repòs necessari per a la transmissió d'impulsos nerviosos en cèl·lules excitables i genera un marcat desequilibri de sodi entre ambdós costats de la membrana. Transport actiu secundari i cotransport Quan la concentració de és molt més gran a l'exterior que al citoplasma, l'ió tendeix a entrar espontàniament a favor del seu gradient electroquímic. Determinades proteïnes de membrana aprofiten aquesta força motriu per arrossegar altres molècules (com aminoàcids o monosacàrids) cap a l'interior, fins i tot quan aquests nutrients es troben més concentrats a dins.

Un exemple representatiu d'aquesta cooperació és el transportador SGLUT-1 (la «S» de sodi), el qual introdueix glucosa lligada a l'entrada de sodi. En contrast, transportadors com GLUT-1 o GLUT-2 efectuen una difusió facilitada clàssica de glucosa que no depèn del consum d'ATP ni del gradient de sodi. ERROR FREQÜENT No confonguis el transport passiu dels transportadors GLUT amb el transport actiu secundari de SGLUT-1. Els GLUT són permeases uniport que difonen glucosa a favor del seu propi gradient sense requerir ions adicionals, mentre que el sistema SGLUT-1 utilitza l'energia potencial del sodi generada prèviament per la bomba d'ATP.

COMPROVA-HO 37 Per què diem que el cotransportador SGLUT-1 és un mecanisme actiu si ell mateix no hidrolitza ATP? Na+ K+ Na+ Biologia Cel·lular i Genètica: Apunts i Guia de Repàs 35 Especialitzacions de membrana: les microvellositats Determinats teixits requereixen una taxa d'absorció molt elevada de metabòlits procedents de la digestió (com monosacàrids, aminoàcids o glicerol). Per maximitzar l'eficiència del transport sense augmentar el volum del teixit, la membrana plasmàtica desenvolupa diferenciacions estructurals anomenades microvellositats.

Distribució anatòmica: es localitzen de forma abundant a l'epiteli absorbent intestinal (enteròcits) i a l'epiteli dels tubs contornejats proximals del ronyó. Funció adaptativa: incrementen exponencialment la superfície útil de contacte de la cèl·lula amb la llum luminal de l'òrgan, facilitant la incorporació massiva de nutrients degradats. Polaritat cel·lular: les cèl·lules absorbents…