Estudi de la Cèl·lula: Estructura, Funció i Origen

I 66 flashcards i 44 preguntes més al document.

Text del document

TEMA 1. LA CÈL·LULA La cèl·lula és la unitat estructural i funcional de tots els éssers vius i constitueix la unitat més petita d'un organisme. Tots els éssers vius provenim, en última instància, d'una única cèl·lula primitiva. La membrana plasmàtica envolta la cèl·lula i en separa l'interior de l'exterior, tot regulant l'intercanvi de substàncies. A l'interior trobem el citoplasma, que és el medi on es disposen tots els orgànuls cel·lulars. El nucli actua com a centre de control de la cèl·lula. Hi ha el material genètic, l'ADN, que es presenta en forma de cromatina i que, quan es condensa, origina els cromosomes. Dins del nucli es localitza el nuclèol, responsable de la síntesi de ribosomes.

Els ribosomes són els encarregats de fabricar proteïnes. Poden trobar-se lliures al citoplasma, on produeixen proteïnes d'ús intern, o bé units al reticle endoplasmàtic rugós (RER), on sintetitzen proteïnes que després es transporten en vesícules fins a l'aparell de Golgi. Al Golgi, aquestes proteïnes es pleguen i poden ser modificades, per exemple amb l'addició de lípids, abans de ser enviades a la seva destinació definitiva. Els lisosomes contenen enzims digestius capaços de degradar molècules grans en subunitats més petites per poder-les reciclar.

Els mitocondris són els orgànuls encarregats de la producció d'energia, ja que sintetitzen ATP, que és la molècula energètica que utilitza la cèl·lula per dur a terme totes les seves funcions. Finalment, el citoesquelet és l'estructura que manté la forma i l'estabilitat de la cèl·lula. Està format per microtúbuls i filaments que, a més de donar suport, actuen com a vies de transport intern, a manera d'autopistes cel·lulars. HISTÒRIA DE LA TEORIA CEL·LULAR La història de la teoria cel·lular comença al segle XVII, amb l'aparició dels primers microscopis.

L'any 1665, Robert Hooke va descriure el que observava al microscopi i va introduir el terme "cèl·lula" per referir-se a les petites cavitats que veia en una làmina de suro, semblants a cel·les vegetals. Poc després, el 1675, Anton van Leeuwenhoek va observar per primera vegada protists i altres microorganismes gràcies a les seves millores en la microscòpia. No obstant això, caldria esperar prop de 150 anys, fins al segle XIX, perquè es formulés la primera teoria cel·lular. Aquesta afirmava que tots els éssers vius estan formats per cèl·lules i que la cèl·lula és la unitat funcional bàsica de la vida.

Posteriorment, l'any 1852, es va completar la teoria amb una nova aportació fonamental: totes les cèl·lules provenen d'altres cèl·lules, mitjançant el procés de divisió cel·lular. En paral·lel a aquests descobriments, diverses teories intentaven explicar l'origen i el funcionament dels éssers vius. La primera d'elles va ser el creacionisme, que defensava l'origen diví de la vida i atribuïa la seva existència a un ésser superior. Més endavant, va sorgir la teoria de l'evolució de Lamarck, que intentava donar una explicació científica.

Segons aquesta idea, els organismes evolucionaven per adaptar-se a l'entorn, modificant les seves característiques durant la vida i transmetent-les als descendents. Era la teoria de l'herència dels caràcters adquirits, resumida en la frase "la funció fa l'òrgan". Tot i que innovadora per l'època, avui sabem que era incorrecta. La tercera teoria que va tenir un gran impacte va ser la de la selecció natural, proposada per Charles Darwin. En aquest cas, es reconeixia que les variacions apareixen a l'atzar, i que és l'ambient qui selecciona els individus més adaptats, els quals tenen més probabilitats de sobreviure i reproduir-se, transmetent així els seus caràcters als descendents.

Finalment, cal destacar la teoria de la biogènesi, que va suposar el rebuig definitiu de la idea de la generació espontània. Experiments com els de Francesco Redi, amb les mosques, i més endavant els de Louis Pasteur, van demostrar que només els organismes vius poden generar altres organismes vius. TEORÍA MODERNA DE L'ORIGEN DE LA VIDA L'origen de la vida s'ha explicat amb diferents teories: la creacionista, que atribueix la vida a un ésser superior, i la materialista, que defensa que va sorgir a partir de la síntesi abiòtica de molècules orgàniques.

El 1924, Oparin va proposar la teoria prebiótica, segons la qual en l'atmosfera primitiva (CH , NH , H O, H ) es va produir una evolució química que va originar les primeres molècules orgàniques. Més tard, el 1953, Miller va demostrar experimentalment que, sota aquestes condicions i amb descàrregues elèctriques, es podien formar aminoàcids i altres compostos essencials per a la vida. ORIGEN DE LA VIDA I EVOLUCIÓ CEL·LULAR Experiments inicials L'experiment de Miller va demostrar que es podien generar compostos orgànics a partir de matèria inorgànica en condicions semblants a les de l'atmosfera primitiva.

Posteriorment, Joan Oró va aconseguir sintetitzar adenina, una molècula fonamental per a la formació de l'ADN. La sopa primitiva La teoria de la sopa primitiva explica com van aparèixer les primeres formes de vida a partir de la síntesi espontània de compostos orgànics. Un pas essencial va ser la capacitat dels lípids d'organitzar-se en una bicapa lipídica en medis aquosos, formant les primeres membranes. Aquestes membranes podien encapsular molècules com ARN i proteïnes, donant lloc a les primeres cèl·lules capaces de dividir-se i replicar-se.

LUCA I BIOMOLÈCULES BÀSIQUES Totes les formes de vida comparteixen quatre tipus de biomolècules fonamentals: Lípids Carbohidrats Àcids nucleics Proteïnes (funcionals i estructurals) La seva conservació al llarg de milions d'anys indica que tots els organismes provenim d'un avantpassat comú: LUCA(Last Universal Common Ancestor). Línia temporal de l'origen de la vida Fa 4.500 milions d'anys Formació del sistema solar. Fa 4.100 milions d'anys Formació de la Terra. Fa 3.500 milions d'anys Aparició de LUCA, que es divideix en eubacteris i arqueobacteris. Crisi alimentària L'escassetat de matèria orgànica força els organismes a especialitzar-se: Procariotes fagocitaris Englobaven altres organismes.

Procariotes fotosintetitzadors Utilitzaven matèria inorgànica. Fa 2.400 milions d'anys "Catàstrofe de l'oxigen": l'augment de l'oxigen produït pels organismes fotosintetitzadors va provocar l'extinció de molts organismes anaerobis. Alguns van evolucionar cap a formes aeròbiques, incorporant el metabolisme oxidatiu (funció que actualment realitzen els mitocondris). Fa 1.800 milions d'anys Aparició de la cèl·lula eucariota gràcies a la teoria endosimbiòtica. Teoria endosimbiòtica Aquesta teoria explica que els procariotes fagocitaris van incorporar bacteris aerobis, que es van convertir en mitocondris. Evidències: Els mitocondris tenen doble membrana.

La membrana externa conté proteïnes característiques dels bacteris. Tenen el seu propi material genètic (ARN) i ribosomes. Posteriorment, una nova endosimbiosi amb un procariota fotosintetitzador va donar lloc als cloroplasts, origen de les cèl·lules vegetals. D'aquesta manera, van sorgir els principals regnes: fongs, animals, vegetals, protistes i moneres(procariotes). CARACTERÍSTIQUES DE LA CÈL·LULA La cèl·lula és la unitat funcional i estructural de tots els organismes vius. Comparteix les següents característiques: Envoltada per una membrana plasmàtica, que regula l'entrada i sortida de nutrients i residus.

Formada pels mateixos blocs moleculars bàsics: nucleòtids, aminoàcids, lípids i sucres. Conté informació hereditària en forma d'ADN, escrita amb quatre nucleòtids (A, G, T, C). L'ADN es transcriu en ARN, que es tradueix en proteïnes formades per 20 aminoàcids, amb funcions estructurals, catalítiques i motores. Classificació dels organismes Procariotes Unicel·lulars o colonials. Morfologia simple, sense orgànuls. Paret cel·lular de peptidoglicans. Genoma únic i circular. Reproducció per divisió binària. Eucariotes Poden ser unicel·lulars o pluricel·lulars. Presenten orgànuls (nucli, mitocondris, RE, Golgi, lisosomes...). Poden tenir paret cel·lular. Genoma complex i lineal.

Reproducció per mitosi i meiosi. Comparació principal 1. Els eucariotes són més complexos. 2. Procariotes: només unicel·lulars. Eucariotes: unicel·lulars i pluricel·lulars amb teixits i òrgans. 3. Mida: procariotes (0,1–1 µm), eucariotes (1 µm–1 mm). 4. Genoma: procariotes (500–5.000 gens), eucariotes (6.000–30.000 gens). 5. Compartimentació intracel·lular només en eucariotes. 6. Els eucariotes tenen citoesquelet. 7. Flagels: procariotes (flagelina), eucariotes (microtúbuls). 8. Eucariotes amb endocitosi i exocitosi. 9. Procariotes: divisió binària. Eucariotes: mitosi i meiosi. 10. La meiosi és exclusiva dels eucariotes i essencial en la reproducció sexual.

Classificació per regnes CARACTERÍSTIQUES DELS DIFERENTS REGNES Moneres Membrana cel·lular (interna) Paret cel·lular (peptidoglicans) Membrana externa (només en alguns casos, bacteris Gram - contenen espai periplasmàtic) Aquests estan dividits per bacteris (poden tenir les següents formes: bacils, cocs, espiral i vibrions), cianobacteris i micoplasma. Protists Fongs Heteròtrofs Mitocondris, sense cloroplasts Paret cel·lular de quitina Aquests estan dividits per llevats i pluricel·lulars Cèl·lula vegetal Autòtrof Cloroplasts Paret cel·lular de cel·lulosa Vacuoles Cèl·lula animal TIPUS DE MICROSCOPI 1. Microscopi òptic (llum visible) El més habitual en laboratoris escolars i universitaris.

Permet veure la forma general de les bacteris (cocs, bacils, espirils...). Les imatges són en 2D, amb un augment limitat (fins a 1000–1500x). Sovint cal tenyir les mostres (p. ex. tinció de Gram) per diferenciar-les. 2. Microscopi electrònic (fa servir electrons en lloc de llum) Permet imatges molt més detallades: MET (Microscopi Electrònic de Transmissió) imatges en 2D de l'interior cel·lular. MEB (Microscopi Electrònic de Rastreig o Barrido) imatges en 3D de la superfície cel·lular. ORGANITZACIÓ I COMUNICACIÓ CEL·LULAR Nucli cel·lular: el centre de control El nucli és el centre de control de la cèl·lula i regula quins gens s'expressen segons les necessitats i l'entorn.

Ex.: Adipòcit (cèl·lula del teixit adipós) Té el nucli desplaçat i un gran cos lipídic per emmagatzemar greixos. La seva funció és acumular lípids quan mengem i alliberar-los quan hi ha manca d'energia. COMUNICACIÓ CEL·LULAR Concepte general Les cèl·lules actuen en resposta a estímuls externs o interns. Per captar aquests estímuls, necessiten receptors específics a la seva membrana. Aquesta comunicació permet que les cèl·lules actuïn coordinadament mitjançant reaccions químiques molt ràpides. Elements de la comunicació cel·lular Cèl·lula senyalitzadora emet la informació. Molècula senyal pot ser una hormona, neurotransmissor, etc. Cèl·lula diana rep el senyal i genera una resposta.

SENYALITZACIÓ CEL·LULAR: ETAPES 1. Activació del receptor La molècula senyal (lligand) s'uneix a un receptor específic a la membrana de la cèl·lula diana. El receptor és una proteïna transmembrana amb parts extracel·lular, transmembrana i intracel·lular. En unir-se el lligand, el receptor s'activa. 2. Transducció del senyal Es desencadena una cascada de senyalització dins la cèl·lula mitjançant molècules efectores. Aquesta cascada condueix a una resposta cel·lular. 3. Resposta cel·lular Pot incloure: Canvis en l'expressió gènica Divisió cel·lular (proliferació) Migració cel·lular Altres respostes específiques segons el tipus de senyal. EXEMPLE: SENYALITZACIÓ DE LA INSULINA 1.

Inici del procés Quan mengem augmenta la glucosa en sang. El pàncrees ho detecta i allibera insulina. 2. Acció de la insulina La insulina s'uneix al seu receptor (una quinasa que s'autofosforila i s'activa). Això activa una cascada de senyalització dins la cèl·lula. 3. Resultat final Es transloca el transportador de glucosa (GLUT4) a la membrana plasmàtica. La glucosa pot entrar a la cèl·lula es transforma en ATP o s'emmagatzema com a glucogen (activant la glicogen sintasa). FOSFORILACIÓ: MECANISME DE REGULACIÓ La fosforilació és una forma clau de regular molècules. Consisteix en transferir un grup fosfat (PO ³ ) d'un ATP a un aminoàcid d'una proteïna.

Això pot activar o inactivar la proteïna. Enzims implicats: Quinases afegeixen grups fosfat. Fosfatases eliminen grups fosfat. La fosforilació pot provocar: Canvis conformacionals Canvis en la localització Alteració de l'activitat intrínseca Canvis en la càrrega elèctrica Modificació de la capacitat d'unir-se a altres molècules Variacions en l'estabilitat de la proteïna VIES DE TRANSDUCCIÓ I CÀNCER Les cèl·lules tumorals sovint tenen les vies de senyalització activades permanentment, sense necessitat d'estímuls externs. Això fa que es divideixin sense control, augmentant el risc d'errors en la duplicació del DNA i contribuint al desenvolupament del càncer.