Biologia 1 BAT: La cèl·lula pres de Antoni Cassany i Penalba
Tema 2 La cèl·lula
Mides
Fig.4: Mides relatives de diferents tipus d'éssers vius i els seus components
Nivells d'organització cel·lular
El nivell cel·lular està constituït per un conjunt de molècules, les quals han arribat a atènyer un grau de complexitat suficient per manifestar propietats vitals. Un organisme viu no és simplement un mosaic d'estructures moleculars independents, sinó un sistema integrat i auto-regulat, en el qual estructura i funció són inseparables.
En estudiar les cèl·lules procedents de diferents organismes o teixits, es pot observar un cert grau de diversitat cel·lular, sobre tot pel que fa a la forma i la grandària, tot i que totes presenten unes característiques bàsiques comunes:
a) un embolcall que separa la cèl·lula de l’exterior i que regula l’intercanvi amb l’exterior
b) Un contingut cel·lular on es realitzen tots els processos químics (citoplasma).
c) Un material hereditari (ADN) que codifica tota la informació genètica.
Segons el grau de complexitat, però, es poden considerar dos tipus d'organització cel·lular: la cèl·lula procariota i la cèl·lula eucariota. A més d'aquests dos tipus d'organització cel·lular es considera un tercer tipus d'organització: el que formen els virus, l'extraordinària simplicitat dels quals, al costat de la seva mancança de metabolisme propi, els converteix en organismes que se situen en la frontera entre les estructures vives i les inertes.
2.1. Característiques de la cèl·lula procariota
Els procariotes són el conjunt d'organismes unicel·lulars que constitueixen el regne dels monera, en el qual s'inclouen els bacteris i les algues cianofícies.
Fig.5: Cèl·lules procariotes
La principal característica de la cèl·lula procariòtica es l'absència d'una membrana nuclear que aïlle el seu ADN de la resta de la cèl·lula. El seu material genètic està constituït per una única molècula d'ADN bicatenari, circular i nu (no associat amb histones). Són cèl·lules molt més menudes i d'estructura molt senzilla ja que manquen de la major part dels orgànuls típics de la cèl·lula eucariota. Parlarem breument de les principals característiques estructurals dels bacteris:
| Elements estructurals | dels bacteris |
|
| Càpsula bacteriana | (Pot mancar) |
|
| Paret bacteriana |
|
|
| Membrana plasmàtica | (amb mesosomes) |
|
Bacteri |
| Hialoplasma |
|
| Citoplasma |
| Ribosomes |
|
| Morfoplasma | Inclusions |
|
|
| Flagell |
| ADN bacterià |
|
|
2.2 Característiques de la cèl·lula eucariota
La cèl·lula eucariota està present en els altre regnes dels éssers vius, protistes (algues i protozous),metazous ( animals), metàfits (vegetals) i fongs.
La cèl·lula eucariota es caracteritza perquè el citoplama manifesta un grau elevat de complexitat i organització: el nucli, separat del citoplama per una membrana nuclear, conté 2 o més molècules d'ADN bicatenari lineal associat a histones, cosa que li permet empaquetar-se millor. El citoplama conté nombrosos orgànuls i sistemes de membranes com els mitocondris, cloroplasts, reticle endoplasmàtic, etc, que estableixen tota una xarxa de compartiments cel·lulars interrelacionats que es reparteixen les funcions metabòliques (compartimentació cel·lular); això permet més especialització i més eficàcia en la realització de les seues funcions (hi poden tindre lloc alhora reaccions contraposades en diferents estructures tancades de la cèl·lula).
2.3. Comparació entre organismes procariotes i eucariotes
| PROCARIOTES | EUCARIOTES |
Organismes | Bacteris, cianofícies, micoplasmes | Protistes, fongs, plantes i animals |
Grandària | 1-10 mm de llarg | 10-100 mm de llarg |
Metabolisme | Aeròbic o anaeròbic | Aeròbic (anaeròbic facultatiu) |
Orgànuls | Pocs o cap | Nucli, cloroplast, mitocondri, etc |
ADN | Circular en el citoplama; no combinat amb histones; sense separació de la resta del citoplasma | ADN linial, molt llarg i associat a histones; organitzat en cromosomes i envoltat d'una membrana nuclear |
ARN i proteïnes | ARN i proteïnes sintetitzades al mateix compartiment | ARN sintetitzat i transformat al nucli; proteïnes sintetitzades al citoplasma |
Citoplasma | Compartimentació citoplasmàtica escassa (mesosomes). Sense citoesquelet, corrents citoplasmàtics ni exocitosis | Compartimentació citoplasmàtica desenvo-lupada (orgànuls membranosos). Citoesquelet format per filament proteics; corrents citoplasmàtics |
Divisió cel·lular | Per bipartició | Per mitosi (o meiosi) |
Organització cel·lular | Unicel·lular | Principalment pluricel·lular amb diferenciació de les cèl·lules, encara que hi ha organismes eucariotes unicel·lulars (protista) |
La cèl·lula eucariotaCOMPONENTS DE LA CELULA EUCARIOTICA
COMPONENT | ESTRUCTURA | FUNCIÓ |
Membrana cel·lular | Mosaic fluíd: bicapa lipídica amb proteïnes ( + glucocàlix extern en cèl·lulas animals) | Límit de la cél·lula i permeabilitat selectiva
|
Paret cel·lular | Paret primària i paret secundària de fibres de cel·lulosa | Responsable de la forma de las cèl·lules; les atorga suport mecànic i manté l'equilibri osmòtic |
Hialoplasma | Solució aquosa amb alta concentració de proteïnes, principalment enzimàtiques
|
Participació en processos metabòlics |
Citoesquelet | Xarxa tridimensional formada per filaments proteics.
| Organització i control de l'espai interior. Involucrat en la forma, moviment i divisió cel·lular. |
Centríols |
Microtúbuls i petites fibres | Centre organitzador de microtúbuls. Formació del fus acromàtic. Formació de cil·lis i flagells. |
Ribosomas | Dues subunitats formades per ARN i proteïnes
| Síntesi de proteïnes
|
R.E. Rugós | Cisternes membranals intercomunicades i amb ribosomes adherits. | Síntesi, processament i emmagatzegament de proteïnes
|
R.E. Llis | Cisternes de membrana intercomunicades
| Síntesi, emmagatzegament i transport de lípids. eliminació de substàncies tòxiques. |
Aparell de Golgi | Sistema de cisternes de membrana aplanades
| Maduració, emmagatzegament i transferència de glucoproteïnes. Formació de membranes, i paret cel·lular. |
Lisosomes | Vesícules esfériques de membrana que contenen enzims digestius. | Digestió cel·lular |
Peroxisomes | Vesícules esfériques de membrana que contenen enzims oxidatius
| Protecció contra productes tòxics del metabolisme |
Vàcuols | Vesícules arrodonides
| Emmagatzemen substàncies: aigua, nutrients, substàncies de rebuig.
|
Mitocondris | Orgànuls amb doble membrana. Presenten gran quantitat d'enzims, ADN i ribosomes | Centrals energètiques de la cèl·lula: duen a terme la respiració cel·lular, consistent en l'oxidació de nutrients per a obtenir ATP. |
Cloroplasts | Orgànuls amb doble membrana més una tercera en el seu interior (tilacoidal). Conté enzims, ADN i ribosomas. |
Responsable de la fotosíntesi. |
Membrana nuclear | Doble membrana amb porus | Separar i protegir l'ADN de la resta de la cèl·lula. |
Nucleoplasma |
Composició semblant a l'hialoplasma. | Conté enzims involucrats en la replicació de l'ADN i en la transcripció de l'ARN |
Cromatina | ADN més proteïnes densament empaquetats | Portador de la informació genètica |
Nucléol | Regió esferoidal amb alta concentració d'ARN i proteïnes | Lloc de síntesi de les subunidats ribosòmiques. |
Membrana plasmàtica
La membrana plasmàtica que envolta totes les cel·lules defineix l'extensió d'aquesta i manté les diferències essencials entre el seu contingut i el del medi extern. La membrana és però, qualque cosa més que una simple barrera passiva: és un filtre altament selectiu que manté la desigual concentració d'ions a l'exterior i l'interior de la cèl·lula i permet l'entrada de nutrients a la cèl·lula, així com l'eixida de productes residuals. Totes les membranes biològiques, incloses la membrana plasmàtica i les membranes internes de les cèl·lules eucariotes presenten una estructura comú: una agrupació de molècules lipídiques i proteïnes unides per enllaços no covalents.
Segons el model de mosaic fluïd desenvolupar per Singer i Nicolson (1972) les molècules lipídiques es presenten en forma de una doble capa contínua (bicapa lipídica) que constitueix l'estructura bàsica de la membrana i actua de barrera relativament impermeable al pas de la majoria de molècules hidrosolubles (aquesta impermeabilitat és relativa ja que s'ha desenvolupat tota una sèrie de sistemes de transport de substàncies a través de membrana). Les molècules de proteïnes es trobem inmerses en la bicapa lipídica. Totes les membranes cel·lulars són estructures fluïdes, flexibles, dinàmiques: la majoria de les seues molècules lipídiques i proteiques poden desplaçar-se pel pla de la membrana (no hi ha enllaços covalents entre els fosfolípids ni entre fosfolípids i proteïnes sinó que tota l'estructura de la bicapa es manté per l'acció d'enllaços dèbils). A més a més, són estructures asimètriques ja que la composició de les dues cares és diferent com a resposta de les diferents funcions realitzades per les dues superfícies.
Fig.7: Components i estructura de mosaic fluid de la membrana plasmàtica
Components de la membrana
- A la bicapa de la membrana plasmàtica hi ha dos tipus principals de molècules lipídiques – fosfolípids i colesterol. Els fosfolípids són les molècules lipídiques més abundants i constitueixen la base de la bicapa. presenten la seua part polar en contacte amb el medi aquós mentre que les cues apolars corresponents a les cadenes hidrocarbonades dels àcids grassos romanen a l'interior de la bicapa. El colesterol augmenta la resistència de la membrana ja que s'intercala entre els fosfolípids i tendeix a estalilitzar les seues cues.
- Les proteïnes són les responsables de la majoria dels processos de transport selectiu de substàncies a banda i banda de la membrana.
Paret cel·lular
La paret cel·lular és una estructura rígida, fabricada per la pròpia cèl·lula adosada a l’exterior de la membrana plasmàtica de les cèl·lules vegetals.
La paret cel·lular està formada fonamentalment per cel·lulosa. La paret cel·lular està estructurada per una sèrie de capes de creixement uniforme cap a l'interior; la primera capa és la làmina mitjana, comuna a les dos cèl·lules. A continuació, entre la làmina mitjana i la membrana es diposita la paret primària. Quan la cèl·lula deixa de crèixer diposita normalment, noves capes de cel·lulosa a l'interior de la paret primaria i forma la paret secundària. El número de capes de la paret secundària és variable; no totes les cèl·lules vegetals disposen de paret cel·lular secundària.
Fig.8: Diagrama d'una paret cel·lular: les diferents capes creixen cap a l'interior de la cèl·lula.
Funcions La paret cel·lular és un exoesquelet que protegeix la cèl·lula vegetal dels esforços mecànics i manté la integritat cel·lular. També protegeix la cèl·lula dels processos osmòtics ja que la seua rigidesa impedirà l'entrada contínua d'aigua al citoplasma de la cèl·lula, hipertònic respecte al medi. Aquest procés es diu turgència.
En determinats teixits vegetals, la paret secundària es pot impregnar de diferents substàncies per tal d'augmentar la seua rigidesa i resistència o bé la seua impermeabilitat; En els teixits conductors que formen el xil·lema es produeix un dipòsit de lignina (lignificació), mentre que en determinades cèl·lules epidèrmiques pot produir-se una mineralització, impregnació de la paret amb carbonat càlcis o sílice. Si el que interesa és la impermeabilització de les cèl·lules la modificació s'anomena cutinització o suberització, segons es diposite cutina o suberina : el primer cas explica la brillantor de fulles i fruits i el segon la formació del suro.
*****************************************************************************************************************************************************************************************************************