Tema 2.2.1 – La cèl·lula.

1

TEMA 2-1-2.- LA CÈL·LULA

"A l'època de Redi s'admetia sense discussió que la matèria inert podia engendrar animals d'ordre inferior: cucs, llimacs,..." (Jean Rostand, "Historia de la Biología") Cal entendre que no sempre s’ha tingut la tecnologia actual i, per tant, la interpretació dels fenòmens naturals, la composició dels éssers vius o el seu funcionament, tal i com es coneixen ara, no ha estat fàcil. Les diferents hipòtesis potser eren lògiques o factibles en una època determinada. Però no ara. Per què? Perquè no s’ha pogut demostrar que foren vertaderes. Penseu que, durant molt de temps, estava prohibit disseccionar cadàvers o pensar contra les creences religioses.Tot i això, l'ésser humà sempre ha sentit curiositat per conèixer l'organització dels éssers vius, tot i que, com hem dit, les dificultats tècniques han estat una barrera molt important. Penseu que esteu a una illa deserta. Qualsevol ferida que us feu buscant menjar es pot infectar i produir una greu malaltia. Seria difícil encendre foc, saber si l’aigua que beveu és potable, si els fruits que us esteu menjant són comestibles, què fer si teniu febre, mal de cap o de queixals, rentar-vos sense sabó, veure bé si ja no teniu ulleres, etc. I què fer sense hospitals! No som conscients del que tenim. TOT s’ha aconseguit a base d’investigació. Per tant, és important saber “com i qui” ho va fer.

LA TEORIA CEL·LULAR

El concepte de cèl·lula com a unitat funcional dels éssers vius no va arribar fins al s. XIX, entre 1830 i 1880.

La teoria cel·lular va ser una conseqüència dels avenços tècnics, sobretot al camp de la microscòpia, i va suposar una revolució a la ciència de l'època. Els inicis de la teoria cel·lular s'han de buscar al 1665, fa ja gairebé 350 anys, quan Robert Hooke (un científic molt inquiet i amb una gran curiositat, que era físic, meteoròleg, biòleg, enginyer i arquitecte) va descobrir que quan tallava làmines molt primes de suro i les observava a través de microscopis que ell mateix es fabricava, no apareixien homogènies, sinó dividides en porus molt i molt petits, invisibles a ull nu. Hooke va publicar les seves observacions a una col·lecció de dibuixos, Micrographia, i avui continuem utilitzant el terme que va introduir, cèl·lules, malgrat que el que ell havia vist era l'espai deixat per cèl·lules mortes. A la mateixa època, Leeuwenhoek, un venedor de draps i fils i un veritable artesà de la construcció de lents, es dedicava a observar mitjançant aquestes lents tot allò que se li acudia (sang, aigua, esperma...) i a dibuixar tot allò que hi veia. Sorprenentment, va arribar fins i tot a veure bacteris! Van passar encara força anys, fins a començaments del segle XIX, abans que els avenços tècnics al camp de la microscòpia permeteren progressos més importants. Es van començar a observar no només cèl·lules sinó també el seu interior, i cap al 1833 Robert Brown va descobrir el nucli cel·lular. El 1837, després D’OBESERVAR talls de teixits vegetals i animals, Matias Schleiden, i Theodor Schwann van proposar la teoria cel·lular: tots els organismes vius estarien constituïts per cèl·lules.

Microscopi de Hooke Microscopi de Leeuvenhoek Microspcopi òptic

modern Microscopi electrònic

Ràpidament la teoria cel·lular es va estendre als éssers unicel·lulars i a l'embriologia i el 1855 Rudolf Virchow afirmà que "tota cèl·lula prové d'una altra cèl·lula". A partir d'aquell moment van quedar establerts els postulats fonamentals de la teoria cel·lular, que poden resumir-se així:

Tota cèl·lula prové d'una altra cèl·lula.

Tots els éssers vius estan formats per cèl·lules.

La cèl·lula és la unitat fisiològica de la vida.

Cada cèl·lula té tota la informació hereditària. El teixit nerviós es va considerar encara durant un temps una excepció perquè es creia que no estava format per cèl·lules sinó per xarxes de fibres. Això no obstant, Ramón y Cajal va demostrar a començament del segle XX que les fibres que s'observaven també eren cèl·lules, si bé tenien una morfologia molt particular. Posteriorment, a partir de 1937, any en el qual es va construir el primer microscopi electrònic, va començar el viatge cap a les estructures que formaven les cèl·lules, els orgànuls cel·lulars.

LA NUTRICIÓ. NUTRICIÓ AUTÒTROFA I HETERÒTROFA.

La nutrició consisteix en aconseguir matèria orgànica (nutrients) per a construir el propi cos i per a aconseguir energia. No és el mateix aliment i nutrient. Els nutrients són les molècules que ens quedem dels aliments. Hi ha dos tipus de nutrició:

Autòtrofa: la presenten els éssers vius capaços de elaborar-se el seus propis nutrients orgànics a

partir de substàncies inorgàniques, com l’aigua, el CO2, les sals minerals... Els exemples més propers són les plantes, al fer la fotosíntesi. La matèria orgànica que fabriquen la utilitzen per a construir el seu propi cos i per a aconseguir reserves d’energia.

Heteròtrofa: la tenen els éssers que necessiten incorporar matèria orgànica ja elaborada per altres

organismes, ja que són incapaces de fabricar-la per si sols, com ara els animals o els fongs. Aquesta matèria la utilitzen després per a construir el seu cos o per a obtindré energia.

Tema 2.2.1 – La cèl·lula.

3

EL METABOLISME

Un cop dins la cèl·lula, els nutrients experimenten un seguit de processos químics, multitud de cadenes de reaccions, on el producte final d’una és l’inici d’altra, i que en conjunt reben el nom de metabolisme. Té dues parts:

Anabolisme: és la construcció de matèria orgànica, tant a partir de matèria inorgànica i energia (autòtrofs,

fotosíntesi) com a partir d’altra matèria orgànica (heteròtrofs).

Catabolisme: és la degradació de la matèria orgànica per a extreure l’energia que conté. El seu procés

fonamental és la respiració cel·lular.

Anabolisme Catabolisme

LA RESPIRACIÓ CEL·LULAR

La respiració cel·lular es fa als mitocondris de les cèl·lules. La fan tots els éssers vius. La seua finalitat és extreure l’energia de la matèria orgànica, expulsant CO2 com a residu. Cal no confondre respiració cel·lular amb respiració pulmonar. Hi ha diferents tipus de respiració cel·lular, i no totes utilitzen l’oxigen:

La que no utilitza l’oxigen es diu respiració anaeròbia.

La que utilitza l’oxigen es diu respiració aeròbia, i la fan tant les plantes com els animals.

Quede clar, doncs, que no tots els éssers vius respiren gràcies a l’oxigen. I que dels que ho fan, tant les plantes com els animals respiren tot el dia.

LA FOTOSÍNTESI

Sí, les plantes també respiren, igual que nosaltres, i ho fan durant tot el dia. Però quan hi ha llum, el procés de fotosíntesi expulsa oxigen. La fotosíntesi és el procés pel qual les plantes capten matèria inorgànica de la terra (sense energia) i la converteixen en matèria orgànica (carregada d’energia). D’on ve aquesta energia?: de la llum solar. Per tant, són les primeres en fabricar matèria orgànica, l’inici de la cadena tròfica. Sense elles no existirien els demés.

Deixarem a banda l’anabolisme dels heteròtrofs, sols dient que, a partir de molècules orgàniques senzilles (monosacàrids, àcids grassos, aminoàcids, etc.) obtingudes a partir de la digestió, van formant molècules més complexes (glucogen, proteïnes, etc.) que serveixen com a reserva energètica, com a estructura (proteïnes) o com elements catalítics (enzims, etc.)

LA CÈL·LULA. TIPUS

Ja hem vist que la cèl·lula és la unitat estructural i funcional dels éssers vius. Tots estan composats per cèl·lules, de molt diverses morfologies.

CÈL·LULA PROCARIOTA I EUCARIOTA

La cèl·lula més antiga és la procariota, sense nucli, de la qual els representants típics són els bacteris.

Tenen, com totes, una membrana exterior, un citoplasma amb pocs orgànuls, i el material genètic, l’ADN, no protegit per una membrana nuclear (d’ací “sense nucli”). Normalment presenten, per fóra de la membrana, una càpsula o paret més resistent.

Les cèl·lules més evolucionades són les eucariotes, amb el material hereditari protegit dins d’un nucli.

Tenen molts més orgànuls.

Cèl·lula procariota Cèl·lula eucariota

CÈL·LULA ANIMAL I VEGETAL

Dins de les eucariotes trobem dos tipus principals de cèl·lules.

Tema 2.2.1 – La cèl·lula.

5

Cèl·lules animals: Tenen la membrana plasmàtica, sense d'altres cobertures.

No tenen cloroplasts i, per tant, no realitzen la fotosíntesi.

Poden tindre centríols, i per tant, orgànuls de moviment, com cilis i flagels.

Tenen pocs vacúols i molt petits.

Cèl·lules vegetals: A més de la membrana plasmàtica, igual a la de les cèl·lules animals, tenen una altra

coberta anomenada paret cel·lular. La paret cel·lular és formada en gran part per un glúcid anomenat cel·lulosa. La cel·lulosa serveix de protecció a la cèl·lula i li dóna forma. La planta aconsegueix el suport gràcies a la paret cel·lular de les seves cèl·lules. La cel·lulosa la trobem en la nostra vida quotidiana en coses tant diferents com en el paper, en la fusta (aprofitant la seva rigidesa), en els bolquers i compreses (aprofitant les seves propietats absorbents) i en els cereals de l'esmorzar amb la paraula fibra (afavoreix el trànsit intestinal).

En el citoplasma de les cèl·lules verdes trobem uns orgànuls d'aquest color anomenats cloroplasts, molt importants perquè fan un procés anomenat fotosíntesi.

En les cèl·lules vegetals acostuma a haver un gran orgànul anomenat vacúol.

Cèl·lula animal Cèl·lula vegetal

ÉSSERS UNICÈL·LULARS I PLURICEL·LULARS

Segons la seva estructura, els éssers vius poden ser:

Éssers unicel·lulars. Estan constituïts per una sola cèl·lula. Poden ser procariotes o eucariotes.

En són exemples els bacteris (procariotes), els protozous com ara l'ameba i el parameci, algunes algues unicel·lulars, com les diatomees i alguns fongs com ara els llevats.

Éssers pluricel·lulars. Estan constituïts per milers o milions de cèl·lules. En són exemples els

animals, els vegetals i la majoria de fongs. Als dos primers les cèl·lules formen teixits, mentre als fongs i algunes algues es considera que, tot i ser pluricel·lulars, no tenen teixits pròpiament dits.

IMPORTANT: Tot ésser viu ha de realitzar les tres funcions vitals: nutrició, relació i reproducció. Existeixen també unes estructures orgàniques que no estan formades per cèl·lules: són els virus. Els virus es caracteritzen perquè no es poden reproduir per ells sols. Per fer-ho, han 'introduir-se en cèl·lules d'éssers vius. Ni es nodreixen. Com no compleixen les tres funcions vitals no són considerats éssers vius.

Virus de l’èbola Diverses formes de bacteris. Parella de paramecis (protozous).

Llevat del pa. Floridura del pa. Algues diatomees.

LA GRANDÀRIA DE LES CÈL·LULES

Són estructures tan menudes, invisibles a simple vista, que ens obliguen a utilitzar unitats a les quals no estem acostumats. Nosaltres utilitzem, com a molt petit, el mil·límetre. Les cèl·lules són molt més menudes.

La unitat de mesura de les cèl·lules normals o dels seus orgànuls és la micra μm (o micròmetre) que és la

mil·lèsima part d’un mil·límetre.

Mil vegades més petit que la micra és el nanòmetre nm, que s’utilitza per a mesurar virus, extremadament

petits. 1 mm = 10-3 m (0,001 m) 1 μm = 10-3 mm per tant, 10-6 m (0,000001 m) 1 nm = 10-3 μm per tant, 10-6 mm i 10-9 m (0,000000001 m)

Tema 2.2.1 – La cèl·lula.

7

DIVERSITAT CEL·LULAR

Tant de les procariotes com de les eucariotes existeixen multitud de formes diferents, que responen a una gran varietat de funcions. Cada funció exigeix un tipus de cèl·lula: els glòbuls rojos són rodons, per a circular millor pels vasos sanguinis, les cèl·lules epitelials són planes, per tindre funció de protecció, les cèl·lules musculars són allargades i elàstiques, per a facilitar la contracció... Tinguem en compte que tots venim d’una primera cèl·lula, el zigot, unió de l’òvul i de l’espermatozoide. A partir d’aquesta primera cèl·lula apareixeran, durant la formació de l’embrió, tota la varietat que forma els nostres teixits. És a dir, hi ha una etapa en la qual les cèl·lules no estan encara diferenciades, i altra on ja ho estan, i on no podran ser altra cosa: ja estan especialitzades. Les úniques que encara es poden convertir en qualsevol tipus de cèl·lula són les cèl·lules mare.

Tenim cèl·lules lliures a la sang, com

els glòbuls vermells i els blancs. Encara així formen el teixit sanguini.

Algun d’aquests glòbuls blancs els podem trobar fent funcions defensives a altres teixits, com aquest amb cèl·lules

ciliades.

Aquest és l’epiteli ciliat de l’aparell respiratori, on les seues cèl·lules

tenen especialitzacions en forma de pelets, els cilis.

Altres epitelis, com la pell, no tenen cilis, i són més resistents, amés que la capa més exterior és de cèl·lules

mortes.

I altres són molt delicats i sols tenen una capa, per a permetre el pas de

substàncies, com als capil·lars sanguinis.

O els epitelis glandulars, on les seues cèl·lules s’especialitzen en

segregar substàncies.

Una de les cèl·lules més especialitzades és la neurona,

encarregada del transport de l'impuls nerviós.

O les cèl·lules musculars, amb proteïnes contràctils al seu interior que li permeten

contreure’s a l’ordre de les neurones.

Fins i tot els ossos estan vius, i tenen diferents tipus de cèl·lules, com aquest osteoblast que està regenerant l’os a una fractura.

Sense oblidar-nos dels gàmetes, l’òvul i l’espermatozoide, que sols tenen la meitat de la informació

genètica.

Ni dels cons i els bastons, les especialitzades cèl·lules de la nostra

retina, derivades de les neurones.

A l’altra banda tenim els adipòcits, gens especialitzades, que acumulen

greix.

COMPONENTS CEL·LULARS

A les cèl·lules eucariotes trobem tres zones principals:

La membrana

El citoplasma

El nucli

MEMBRANA CEL·LULAR S'anomena membrana cel·lular o plasmàtica a l'estructura externa que envolta la cèl·lula.

Les seves funcions són dues:

Limitar i donar forma a la cèl·lula, tot mantenint el medi intern.

Seleccionar i transportar aquelles substàncies que entren o surten de la cèl·lula i que són necessàries o perjudicials.

Químicament està formada per una doble capa de fosfolípids en la qual s'insereixen molècules de colesterol i de proteïnes, normalment transportadores. L’estructura es repeteix en les altres membranes que envolten els orgànuls cel·lulars, i en el nucli.

Les cèl·lules vegetals, a més a més de la membrana plasmàtica, estan envoltades d'una capa molt rígida formada per cel·lulosa i que s'anomena paret cel·lular. La paret cel·lular està formada per cel·lulosa i forma una espècie de sarcòfag del qual no pot eixir, encara que està connectada amb les veïnes per uns porus. La membrana plasmàtica de les cèl·lules animals és tan prima que es va creure que no existia.

Tema 2.2.1 – La cèl·lula.

9

NUCLI El nucli és generalment l'orgànul més gran de la cèl·lula i va ser el primer que es va observar al microscopi òptic. Moltes vegades ocupa una posició central, però pot trobar-se desplaçat. La grandària també varia d'una cèl·lula a una altra. El més habitual és que sols hi haja un. Podem distingir dues funcions:

Dirigeix i provoca, gràcies a l’ADN, tota l'activitat en el citoplasma i en els orgànuls cel·lulars.

Conté els factors hereditaris que determinen l'estructura i funcionament de cada cèl·lula i de la globalitat de l'ésser viu, i també provoquen el complex procés de divisió cel·lular.

Cal recordar que només tenen nucli les cèl·lules eucariotes. El nucli està envoltat per una membrana nuclear. A l'interior del nucli podem trobar un plasma nuclear amb nombroses substàncies dissoltes, el nuclèol (encarregat de crear els ribosomes) i l’ADN, bé dispers en forma de cromatina, o condensat formant els cromosomes.

CITOPLASMA El citoplasma és el medi cel·lular comprès entre la membrana plasmàtica i el nucli. En ell podem observar dues parts:

Hialoplasma: és un líquid viscós format per aigua en un 70-85 % i la resta són proteïnes, lípids, glúcids, àcids nucleics i sals minerals. En ell es realitzen nombroses reaccions químiques.

Orgànuls cel·lulars: són petits òrgans d'estructura i grandària diversos que realitzen funcions ben especialitzades, sobretot en la cèl·lula eucariota. En general totes les cèl·lules contenen totes les classes d'orgànuls cel·lulars, si bé podem trobar petites diferències entre les cèl·lules animals i les cèl·lules vegetals. A més, segons la funció cel·lular, els orgànuls estaran més o menys desenvolupats.

ORGÀNULS

Ribosomes. Petits grànuls on

s’acobla l’ADN per a ser traduït a proteïnes.

Reticle endoplàsmàtic rugós. Conjunt

de cisternes aplanades cobertes de ribosomes, on s’emmagatzemen les proteïnes. R.E. Llis: Connectat a l’anterior i sense

ribosomes, sintetitza lípids.

Aparell de Golgi. Conjunt de sàculs

on maduren diverses molècules per a ser empaquetades.

Mitocòndries. Amb doble membrana

i ADN propi. En elles es realitza la respiració cel·lular.

Cloroplasts. Amb doble membrana i

ADN propi. En ells es du a terme la fotosíntesi. Exclusius de les cèl·lules

vegetals.

Lisosomes. Vesícules, normalment

amb enzims, empaquetades per l’aparell de Golgi.

Vacúols. Són magatzems de

substàncies diverses. Grans i nombrosos a les cèl·lules vegetals.

Centrosoma. Parell de centríols,

formats per grups de túbuls de proteïna. Intervé durant la mitosi i és exclusiu de

les cèl·lules animals.

Cilis i flagels. Orgànuls del

moviment de les cèl·lules animals, que es mouen com un fuet. A la

base tenen un centríol.

REPRODUCCIÓ CÈL·LULAR

Al cicle cel·lular, és a dir, el que va des de la divisió que dóna lloc a noves cèl·lules fins el moment en què aquestes es tornen a dividir, la major part del temps la cèl·lula està utilitzant el seu ADN per a produir proteïnes, per la qual cosa està dispers pel nucli, en forma de cromatina. Algunes cèl·lules especialitzades passen així la resta de la seua vida. Però quan una cèl·lula ha de dividir-se per a donar lloc a cèl·lules filles, primer l’ADN s’ha de duplicar, i desprès ha de compactar-se. És quan es veuen els cromosomes. Hi ha dues formes de divisió: La normal, o mitosi, que dóna com a resultat dues cèl·lules iguals a l’original. Normalment les cèl·lules duen doble joc de cromosomes (del pare i de la mare). És el mètode utilitzat per a multiplicar el número de cèl·lules no sexuals. La reduccional, o meiosi, que produeix quatre cèl·lules amb la meitat de cromosomes que l’original. És la que s’utilitza per a fabricar gàmetes, que han de dur la meitat de la informació genètica.

Tema 2.2.1 – La cèl·lula.

11