Centre de Documentació i Experimentació en Ciències

1

TEMA 2. D’UNA CÈL·LULA A MOLTES

Tots els organismes, incloent, l’ésser humà, comencem de la mateixa manera: una cèl·lula indiferenciada molt senzilla. Però, totes les cèl·lules són iguals? Com té lloc el sorprenent canvi des d’una cèl·lula senzilla fins a un cos complex que es mou i es comunica? Com es divideix la primera cèl·lula, l’ou fecundat, per formar cèl·lules especialitzades si sabem que totes les cèl·lules d’un mateix organisme tenen la mateixa informació genètica? Observeu els següents vídeos sobre el desenvolupament del Peix Zebra. Aquests vídeos us mostraran un exemple del desenvolupament des de l'embrió (una única cèl·lula) fins a la formació d'un organisme. El Peix Zebra (Danio rerio), és un conegut peix d'aquari i un important organisme model en moltes investigacions científiques, ja que comparteix amb els humans prop del 80 % dels gens. El primer vídeo mostra les primeres 24 hores del desenvolupament de l'embrió i, per tant, les primeres divisions cel·lulars des de la formació de l'embrió. El segon vídeo és una reconstrucció d'aquestes primeres divisions cel·lulars a partir de microscopia per fluorescència.

Activitat. Néixer per salvar a un germà.

Aquesta primera activitat ens servirà per a situar-nos en aquest tema. L'objectiu és aconseguir tenir una visió general dels diferents aspectes que treballarem en aquest tema a partir de la formulació lliure de preguntes en base a un cas.

Vídeo 1. Primeres 24 hores del desenvolupament Vídeo 2. Reconstrucció de les divisions cel·lulars amb microscopia de fluorescència

Centre de Documentació i Experimentació en Ciències

2

2.1 Totes les cèl·lules són iguals?

Les cèl·lules comparteixen moltes característiques comunes, però és possible distingir dos tipus bàsics: les cèl·lules procariotes i les eucariotes. Les cèl·lules procariotes les estudiarem en un tema posterior; en aquest ens centrarem en l’estudi de les cèl·lules que formen l’organisme humà (que també són les que constitueixen tots els animals, els vegetals i els fongs): les cèl·lules eucariotes.

Activitat. Les cèl·lules són planes?

Les cèl·lules que nosaltres veiem en fotografies, al microscopi o en il·lustracions sovint semblen ser planes, però realment són així? En aquesta activitat resoldrem aquesta pregunta.

Activitat. Explorant la cèl·lula eucariota.

Com és i com funciona la cèl·lula? A continuació disposeu d'una activitat que ens ajudarà a conèixer la ultraestructura de la cèl·lula eucariota típica.

Cèl·lules animals (mucosa bucal) Font:

http://www.microscopyu.com/staticgallery/smallworld/2008/id2008-kladnik.html

Cèl·lules vegetals (Elodea sp.) Font:

http://www.microscopyu.com/staticgallery/smallworld/2008/id2008-kladnik.html

Centre de Documentació i Experimentació en Ciències

3

Per estudiar les cèl·lules cal fer servir el microscopi. Utilitzant un microscopi òptic es poden observar pocs detalls de les cèl·lules, però l’ús de microscopis electrònics revela tot un seguit d’estructures dins la cèl·lula.

Amb l’activitat següent us apropareu més als diferents tipus de microscopis i la identificació de les estructures de les cèl·lules a partir de fotografies reals:

Activitat. Cèl·lules i microscopis.

Aquesta activitat ens permetrà respondre a les preguntes sobre els tipus de microscopis que existeixen, així com els conceptes relacionats amb l'augment i el càlcul de les mides reals de les diferents estructures que hi veiem.

Activitat. Funcionament del microscopi òptic.

El microscopi òptic és el més habitual i el que sovint fem servir en les nostres experiències, però sabem realment com funciona? En aquesta activitat aprendrem diferents conceptes que ens ajudaran a estudiar el seu funcionament.

Observeu “en directe” cèl·lules animals, vegetals i bacterianes amb la següent activitat.

Centre de Documentació i Experimentació en Ciències

4

Activitat. Observació i comparació de cèl·lules animals,

vegetals i bacterianes (Motic)

Existeix un únic tipus cel·lular? En cas contrari, com són? Són totes iguals o hi ha variacions? Amb aquesta activitat i amb l'ajut del programa Motic podrem respondre aquestes preguntes i d'altres.

Per reflexionar sobre les cèl·lules i la seva mida, feu la següent activitat.

Activitat. Mida de les cèl·lules

La següent activitat pretén indagar què és el poder de resolució i quin són els límits del poder de resolució de diferents instrument òptics.

Les cèl·lules no són estàtiques, hi ha un continu moviment de molècules en el seu interior. En el tema anterior veu veure el moviment de les molècules d’RNA des del nucli fins els ribosomes per realitzar la síntesi de proteïnes. Una vegada les proteïnes han estat sintetitzades, són processades i es mouen a través de la cèl·lula fins allà on són

necessàries. En aquest “tràfic” de proteïnes intervenen el reticle endoplasmàtic, l’aparell de Golgi i les vesícules. Aclarireu tots aquests conceptes amb les següents activitats:

Activitat. Transport de proteïnes

Sabem que dins la cèl·lula es sintetitzen proteïnes, però com es mouen dins d'aquesta? Amb l'activitat següent i, en base a un cas específic, podrem estudiar com és el transport de les proteïnes a l'interior de les cèl·lules i quins orgànuls hi estan implicats.

Imatge extreta i adaptada de: http://tsbbenitobios.blogspot.com/2009_0

8_01_archive.html

Centre de Documentació i Experimentació en Ciències

5

Activitat. Activitats fisiològiques del R.E i de l’Aparell de

Golgi

Quin paper juguen el Reticle Endoplasmàtic i l'Aparell de Golgi dins la cèl·lula? Treballen conjuntament o tenen funcions independents? Amb aquesta activitat podrem estudiar les funcions fisiològiques d'ambdós orgànuls, així com estudiar la seva relació.

Els lisosomes són uns altres orgànuls de la cèl·lula que tenen formes variables. Són uns petits orgànuls que es troben a les cèl·lules animals i a algunes de vegetals. Són vesícules que contenen enzims. S'han aïllat més de quaranta tipus d'enzims diferents en el seu interior, tots ells caracteritzats per ser hidrolases. Amb la següent activitat, coneixereu més sobre aquests orgànuls cel·lulars relacionats amb el reticle endoplasmàtic i l’aparell de Golgi.

Activitat. Origen i funcionament dels lisosomes

Sabem que hi ha lisosomes a la cèl·lula, però d'on provenen? Quina funció tenen? Amb aquesta activitat estudiarem el seu origen i funcionament.

I..., en conclusió, hem de dir la cèl·lula o les cèl·lules?

Activitat. La cèl·lula o les cèl·lules?

En aquesta activitat observarem i interpretarem diferents tipus cel·lulars, també relacionarem la seva estructura amb la funció que realitzen. Per a dur-ho a terme farem servir el microscopi i el programa Motic.

Imatge extreta i adaptada de: http://tsbbenitobios.blogspot.com/2009_

08_01_archive.html

Centre de Documentació i Experimentació en Ciències

6

A partir de la següent activitat podeu aprendre més sobre l’origen de les cèl·lules eucariotes:

Activitat. Lynn Margulis: “No somos importantes para la

vida”

A la televisió, a les revistes o als diaris molt sovint hi ha entrevistes, reportatges o notícies amb un contingut científic. En aquesta activitat treballarem una entrevista a una gran biòloga americana, Lynn Margulis, reconeguda pel seu treball sobre l'evolució de les cèl·lula eucariota.

La següent animació també us ajudarà a explicar la teoria endosiombiòtica: Tancarem tot aquest primer bloc amb una activitat de síntesi:

Activitat. Estructura bàsica de la cèl·lula eucariota

Una manera molt efectiva d'aprendre i estudiar diferents conceptes biològics és preparant un treball o una presentació amb l'ajut d'imatges i esquemes. En aquest cas treballarem l'estructura bàsica de la cèl·lula eucariota a partir del treball en grup i la presentació d'un PowerPoint.

També podreu fer un bon repàs aquí:

The Evolution of Organelles Cain, et al., Discover Biology, Third Edition, W. W. Norton & Co

Inside a Cell Learn.GeneticsTM, University of Utah

Centre de Documentació i Experimentació en Ciències

7

2.2 Com té lloc el pas d’una sola cèl·lula senzilla a tot un

organisme format per moltes cèl·lules? Els éssers humans ens podem considerar uns “animals grans”, tenim en el nostre cos moltes més cèl·lules que un ratolí o una mosca. Tanmateix, les nostres cèl·lules són aproximadament de la mateixa mida que les cèl·lules equivalents d’un ratolí o una mosca; és la major quantitat de cèl·lules el que determina que uns organismes tinguin una mida més gran que altres. Tots els organismes pluricel·lulars procedim d’una única cèl·lula, el zigot, que té el potencial per dividir-se i créixer fins a formar el cos d’un nou individu. L’enorme número de cèl·lules que són necessàries per formar un individu implica la síntesi de nous continguts cel·lulars i la posterior divisió de la cèl·lula en dues. Aquesta sèrie d’esdeveniments rep el nom de cicle cel·lular. El cicle cel·lular es pot dividir en dues parts diferents: la interfase i la divisió.

Activitat. La mitosi

Com es du a terme la divisió de les cèl·lules? En aquesta activitat estudiarem la mitosi i les seves diferents fases.

Activitat. Estudi de la mitosi

Coneixem les diferents fases de la mitosi, però, sabríem distingir-les en mostres biològiques? Aquesta activitat us permetrà posar en pràctica els vostres coneixements sobre al mitosi en base a una experiència amb el microscopi i el programa Motic.

Centre de Documentació i Experimentació en Ciències

8

Activitat. Comptem cèl·lules en mitosi en una punta d’arrel

de ceba

En aquesta experiència investigarem el temps de durada de cada fase del cicle cel·lular.

La durada de la interfase varia depenent de la funció de les cèl·lules (del tipus cel·lular). Podeu explorar el ritme de divisió de diferents tipus cel·lulars amb el següent simulador: En un embrió humà en desenvolupament, pràcticament no hi ha interfase en les dues primeres divisions. El zigot ja conté tots els elements necessaris per a les primeres cèl·lules. En aquestes primeres divisions l’embrió es divideix sense augmentar de mida, produint cèl·lules cada cop més petites. Això fa que el cicle cel·lular sigui molt més ràpid que el de les altres cèl·lules del cos.

Imatge extreta i adaptada de: http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/1bachill

erato/animal/contenidos21.htm

Cell turn over Center of the Cell

Centre de Documentació i Experimentació en Ciències

9

La següent activitat us permetrà aprofundir més en com es regula el cicle cel·lular:

Activitat. El cicle cel·lular i el seu control

Què és i com funciona el cicle cel·lular? Amb aquesta activitat treballarem les característiques de les diferents fases d'aquest cicle, així com els mecanismes de control que hi estan implicats.

Per què és important la mitosi? La mitosi té lloc durant el creixement dels organismes quan passen de ser una única cèl·lula a un organisme pluricel·lular. Totes les cèl·lules de l’organisme tenen la mateixa informació genètica. La mitosi també permet la substitució de cèl·lules velles o danyades per altres noves.

Centre de Documentació i Experimentació en Ciències

10

2.3 Com es forma la primera cèl·lula?

Recordareu haver estudiat a l’ESO que l’òvul i l’espermatozoide són cèl·lules anomenades gàmetes o cèl·lules sexuals. De la unió (fecundació) d’un òvul i un espermatozoide resulta la primera cèl·lula d’un nou ésser o el zigot. Per fer un petit recordatori, podeu mirar el següent vídeo: Podeu explorar més coses sobre la fecundació i els gàmetes a partir de la següent activitat:

Activitat. Gàmetes i fecundació

Coneixem l'existència d'òvuls i espermatozoides, però com es formen? Què els diferencia de la resta de cèl·lules del cos? Amb aquesta activitat descriurem els processos d'oogènesi i espermatogènesi. Alhora, treballarem el concepte de fecundació, tenint en compte les estructures implicades i els principals processos que hi tenen lloc.

Teniu la possibilitat d’observar en directe la fecundació en musclos a l’activitat:

Activitat. Fecundació “In vitro” de Mytilus galloprovincialis

Amb aquesta activitat treballarem el concepte de fecundació "in vitro" a partir d'una experiència amb material viu.

Tot i que el número de cromosomes varia d’una espècie a una altra, tots els individus d’una mateixa espècie tenen el mateix nombre de cromosomes a totes les seves cèl·lules. Les cèl·lules humanes en contenen 46 que formen 22 parelles de cromosomes homòlegs i un parell de cromosomes sexuals. La diferència fonamental entre els gàmetes i la resta de cèl·lules està en el nombre de cromosomes que contenen. Penseu en el que passa durant la

Vídeo. La fecundación humana

Centre de Documentació i Experimentació en Ciències

11

fecundació. Si tant l’espermatozoide com l’òvul tinguessin tots els cromosomes, 46 a l’espècie humana, llavors el zigot tindria 92 cromosomes. En un parell de generacions estaríem parlant de nombres enormes i això, evidentment, no funcionaria. Els gàmetes contenen la meitat dels cromosomes, és a dir 23 en el cas de la nostra espècie, un de cada parell d’homòlegs més un cromosoma sexual. Quan els gàmetes s’uneixen es restaura el número de 46 i cada cromosoma es troba aparellat. Les cèl·lules d'ovaris i testicles, amb 2n = 46 cromosomes, porten a terme un tipus de divisió cel·lular reductora, al final de la qual es formen

les gàmetes, amb n = 23 cromosomes. Aquesta divisió cel·lular s'anomena meiosi. La meiosi és doncs, la divisió associada als processos sexuals. A la següent animació s'explica el procés: La següent activitat us permetrà explorar el procés de la meiosi, entendre com es redueix el nombre de cromosomes en els gàmetes, i reflexionar sobre la importància de la meiosi.

Activitat. La meiosi

Coneixem un dels processos de divisió cel·lular, la mitosi, però que la diferencia de la meiosi? En aquesta activitat estudiarem les diferents fases de la meiosi i els esdeveniments que hi tenen lloc a cadascuna d'elles.

Per estudiar el procés pas a pas podeu entrar a la següent pàgina del "Ministerio de Educación", corresponent al "Proyecto Biosfera Cnice (MEC)".

La Meiosis Proyecto Biosfera Cnice

Vídeo. Meiosis

Cromosomes humans Font:

http://w3.uniroma1.it/medicfisio/methnagenet.htm

Centre de Documentació i Experimentació en Ciències

12

Aquestes dues animacions us permetrà estudiar el procés pas a pas, la primera és en anglès, i la segona te una versió en castellà. I per saber més: La meiosi té un paper molt important en la biologia, podreu reflexionar sobre la importància de la meiosi a partir de la següent activitat:

Activitat. Com es reprodueixen els organismes: El Griu.

Simulació de la meiosi

En aquesta activitat estudiarem el comportament dels cromosomes al llarg del procés de divisió cel·lular per meiosi a partir de l'estudi del Griu, un ésser mitològic ferotge i perillós. Alhora estudiarem la importància del procés de la meiosi i la reproducció sexual.

Ara que ja coneixem els dos processos de divisió cel·lular, podem veure les diferències amb l'animació de l'enllaç següent. Per posar-vos a prova també podeu contestar les preguntes que hi ha continuació de l'animació:

Activitat. Els cicles biològics

El cicle biològic d'un organisme és el conjunt de processos mitjançant els quals un ésser viu passa d'una forma potencialment reproductora a una nova forma també preparada per reproduir-se, però, com es dóna? Hi ha un únic tipus de cicle cel·lular? En què es caracteritza o caracteritzen? En aquest activitat coneixerem i identificarem els diferents cicles biològics.

Meiosis John Kyrk Chromosomes, the Cell Cycle, and Cell Division Life: The Science of Biology

La Meiosis Universidad Complutense de Madrid

Comparison of Meiosis and Mitosis The McGraw Hill Companies, Inc.

Centre de Documentació i Experimentació en Ciències

13

2.4 Desenvolupament embrionari i cèl·lules mare La fecundació és seguida per la segmentació, una sèrie de ràpides divisions cel·lulars. Cada divisió produeix cèl·lules cada vegada més petites. Quan un zigot humà ha completat tres cicles cel·lulars complets, està format per 8 cèl·lules idèntiques. Cadascuna d'aquestes cèl·lules es diu que és totipotent ja que podria desenvolupar un ésser humà sa i complet. Això és el que passa quan es formen bessons (o trigèmins) idèntics. Les cèl·lules totipotents s'anomenen així perquè tenen el "potencial" de desenvolupar un individu "total". Uns cinc dies després de la concepció, s'ha format una estructura en forma de pilota buida de cèl·lules anomenada blastocist. La capa cel·lular externa del blastocist es transformarà fins formar la placenta. La massa interna de cèl·lules (unes poques desenes) es desenvoluparà fins formar els teixits de l'embrió. Aquestes cèl·lules es coneixen amb el nom de cèl·lules mare embrionàries pluripotents. Cadascuna d'aquestes cèl·lules pot potencialment

donar lloc a la majoria de tipus de cèl·lules, tot i que no poden originar tots 216 tipus diferents de cèl·lules que formen un cos humà adult. El prefix "pluri" de pluripotent vol dir el mateix que la paraula "plural", significa que la cèl·lula pot originar molts tipus de cèl·lules però, a diferència de les primeres cèl·lules totipotents, no a tots.

A mesura que l'embrió es desenvolupa, les seves cèl·lules esdevenen progressivament diferenciades, és a dir, perden la seva capacitat de convertir-se en diferents tipus cel·lulars. Tanmateix, fins i tot en els adults algunes cèl·lules conserven una certa capacitat d'originar diferents tipus de cèl·lules. Aquestes cèl·lules es coneixen amb el nom de cèl·lules mare multipotents.

Vídeo. Human development

Centre de Documentació i Experimentació en Ciències

14

Per exemple, les cèl·lules mare sanguínies , localitzades a la medul·la òssia, es poden transformar en glòbuls vermells, plaquetes i els diferents tipus de glòbuls blancs. O bé, és el cas de les cèl·lules mare de les glàndules mamàries, localitzades en els lòbuls productors de llet, les quals quan la dona està embarassada es divideixen donant lloc a noves cèl·lules per tal d'augmentar la producció de llet a partir d'un augment en la quantitat de cèl·lules mamàries. L'activació d'aquestes cèl·lules mare és a conseqüència de l'augment d'estrogen en el organisme degut a l'embaràs. Podeu revisar tota aquesta informació a:

Com obtenen els científics les cèl·lules mare a partir dels embrions?

D’on s’obtenen aquests embrions? Per contestar aquestes dues preguntes, consulteu la següent animació del Parc Científic de la UB anomenada "Tu també pots ser investigador". Les cèl·lules mare representen una gran esperança per a la medicina. En concret les cèl·lules mare embrionàries pluripotents, degut al seu potencial per desenvolupar-se donant pràcticament qualsevol tipus cel·lular, poden ser el tipus més adequat per una gran varietat d’usos mèdics. A l’activitat següent podreu llegir algunes opinions de persones que estan a favor i en contra de l’ús de cèl·lules mare en medicina i decidir la vostra pròpia posició sobre el tema.

Vídeo 1. Breast Stem Cells

Vídeo 2. The Control of Breast Stem Cells

What are some different types of stem cells? Learn.GeneticsTM, University of Utah

Tu també pots ser investigador Parc Científic de la UB

Centre de Documentació i Experimentació en Ciències

15

Activitat. Estem a favor o en contra de l’experimentació

amb cèl·lules mare?

Què en sabem de les cèl·lules mare? Què són? Quin paper tenen? Per què generen tanta controvèrsia? Creieu que el seu ús en medecina és l'adequat? En aquesta activitat treballarem l'ús d'informació per a formar una opinió crítica i tenir la terminologia necessària per a poder argumentar si estem a favor o en contra del seu ús.

També necessitareu entendre bé les diferències entre clonació terapèutica i clonació reproductiva, consulteu l'animació consulteu la següent animació del Parc Científic de la UB anomenada"En què consisteix la clonació?"

En què consisteix la clonació? Parc Científic de la UB

Centre de Documentació i Experimentació en Ciències

16

2.5 Quin paper juga el nucli en el control del desenvolupament? Uns experiments ja clàssics realitzats per Joachim Hammerling en 1953 amb diferents espècies d’Acetabularia (un alga unicel·lular macroscòpica), van ajudar a comprendre què és el que determina la forma específica d’un ésser viu. Simuleu els experiments de J. Hammerling en l’activitat:

Activitat. Experiències amb Acetabulària

Quina funció té el nucli sobre les funcions cel·lulars? Amb aquesta activitat i, a partir de la interpretació de dades experimentals obtingudes d'estudis amb l'alga Acetabulària, podrem elaborar conclusions i donar una resposta a la pregunta.

Imatges extretes i adaptades de: http://olgacatasus.blogspot.com/2009/05/mar-menor-acetabularia-mediterranea.html i

http://paleopolis.rediris.es/cg/CG2006_BOOK_02/CG2006_B02_Fig_135.html

Centre de Documentació i Experimentació en Ciències

17

2.6 Totes les cèl·lules tenen la mateixa informació?

L’ovella Dolly (5 de juliol de 1996 – 14 de febrer del 2003), va ser el primer mamífer en ser clonat satisfactòriament a partir d’una cèl·lula adulta. Va ser clonada a l'Institut Roslin d’Escòcia on hi va viure sis anys. El seu naixement va ser anunciat el 22 de febrer de 1997.

Exploreu en el següent lloc com es va obtenir l’ovella Dolly:

Expliqueu de quina manera la creació de Dolly dóna suport a la idea que tota la informació genètica per produir un organisme complet és present en totes i cadascuna de les cèl·lules, incloses aquelles que realitzen funcions especialitzades en l’adult.

A continuació, podeu simular la clonació d’un ratolí aquí:

Feu l’activitat on-line i després escriviu un diagrama de flux que expliqui les diferents passes que cal seguir per clonar un organisme.

Font: http://www.quimicaviva.qb.fcen

.uba.ar/Opinion/Dolly.html

La oveja Dolly Proyecto Biosfera

Click and Clone Learn.GeneticsTM, University of Utah

Centre de Documentació i Experimentació en Ciències

18

7. Com es controla el desenvolupament?

A mesura que es desenvolupa l’embrió, les cèl·lules es diferencien, esdevenen especialitzades per una funció o conjunt de funcions. La formació dels diferents tipus de cèl·lules depèn de les proteïnes que sintetitzi cada tipus. Per exemple, les cèl·lules de les glàndules salivals produeixen amilasa , un enzim que digereix el midó, mentre que les cèl·lules de l’intestí prim produeixen sacarasa, un enzim que digereix la sacarosa. L’amilasa i la sacarasa són enzims codificats per gens de les cèl·lules. Com és que aquestes cèl·lules, i només aquestes cèl·lules, expressen els gens que codifiquen aquestes proteïnes tot i que totes les cèl·lules contenen el genoma complet? Què és el que posa en marxa els gens adequats per a cada funció especialitzada d’una cèl·lula? Què és el que els atura quan no és necessari que s’expressin? a) “Super-enrotllament” del DNA Una manera de desactivar el DNA és per “super-enrotllament”.

Activitat. El super-enrotllament dels cromosomes i les gates

Carey Què és i que provoca el super-enrotllament del DNA? El cas de les gates carei constitueix un exemple d'aquest fenomen i les seves conseqüències.

Activitat. Com controlen les cèl·lules l’expressió dels seus

gens?

Aquesta activitat ens permetrà estudiar com el DNA s'empaqueta amb les histones. Mitjançant aquest empaquetament, les cèl·lules controlen l'expressió dels seus gens. Es tracta d'un treball en petit grup on haureu de construir un model tridimensional que us ajudarà a explicar com s'empaqueta el DNA i com pot resultar inaccessible als enzims responsables de la transcripció.

Centre de Documentació i Experimentació en Ciències

19

b) Què posa en marxa un gen determinat? Els gens de les regions no enrotllades i accessibles del DNA poden ser transcrits a RNA missatger. Tanmateix, no tots ells s’estan expressant tot el temps. Les cèl·lules poden posar en marxa gens quan necessiten les proteïnes que codifiquen i “desconnectar-los” en un altre moment. Els productes de molts gens només són necessaris en determinats moments. Els gens es “connecten” just abans de començar la transcripció. La transcripció només pot començar quan el complex d’inici de la transcripció (format per l’RNA polimerasa i els factors de transcripció) s’ha format i unit correctament al DNA. Analitzeu l'animació "Transcription Complex and Enhancers" de l'enllaç següent:

Escriviu un text que expliqui, a grans trets, la formació del complex d’inici de la transcripció (podeu capturar imatges de l’animació per il·lustrar el vostre text).

Extret i adaptat de: http://highered.mcgraw-

hill.com/olcweb/cgi/pluginpop.cgi?it=swf

Transcription Complex and Enhancers Biology. McGraw-Hill Higher Education

Centre de Documentació i Experimentació en Ciències

20

c) Les proteïnes senyal Molts dels factors de transcripció es troben en una forma inactiva dins la cèl·lula. Les proteïnes senyal, que poden ser hormones, factors de creixement o altres molècules reguladores, són les causants de la conversió dels factors de transcripció d’una forma inactiva a una altra activa. En el següent enllaç hi trobareu una senzilla animació i una bona explicació sobre el paper de les proteïnes senyal en la comunicació entre les cèl·lules.

Escriviu un text explicatiu (podeu capturar imatges de l’animació per il·lustrar el vostre text).

Podeu comprovar que passa quan augmenta o disminueix la concentració d’una proteïna senyal amb la simulació que trobareu a: Visiteu l'enllaç següent per aprendre més sobre el que passa quan els senyals no funcionen correctament:

Un exemple concret de l’activació-inactivació dels gens: El control

de la síntesi de la β-galactosidasa

Els genetistes Jacob i Monod van proposar una teoria per al control de l’expressió genètica a principis dels anys 1960. Van estudiar el control de l’expressió dels gens en l’organisme procariota Escherichia coli. Aquest bacteri pot utilitzar diferents glúcids com a font d’aliment, però produeix els enzims que són capaços de trencar un determinat glúcids només quan aquest glúcid és present en el medi que l’envolta.

The Inside Story of Cell Communication Learn.GeneticsTM, University of Utah

Gene Control Learn.GeneticsTM, University of Utah

When Cell Communication Goes Wrong Learn.GeneticsTM, University of Utah

Centre de Documentació i Experimentació en Ciències

21

Activitat. L’expressió del gen de la galactosidasa

Com es regula l'expressió d'un gen? Qui hi intervé en aquesta regulació? Què determina que un gen s'expressi o no? En aquesta activitat estudiarem un cas concret, el de l'enzim galactosidasa.

El control genètic del desenvolupament embrionari

Com es determina la forma d’un organisme? Com dels gens poden proporcionar instruccions com “això va a dalt” o “aquí han de créixer els braços”? La forma general d’un organisme es determinada per un programa format per un sistema de gens. Estudiant el desenvolupament embrionari de les mosques de la fruita (Drosophila) i alguns altres models animals, els investigadors han demostrat que els gens que determinen la seqüència de canvis que s’han de produir durant el desenvolupament són molt semblants per a moltes espècies, incloent l’espècie humana.

Estudieu l'animació que trobareu a l'enllaç següent: També us serà útil consultar en la wikipèdia:

Master genes control basic body plans DNA from the beginning. Dolan DNA Learning Center

Homeobox Gens homeòtics

Centre de Documentació i Experimentació en Ciències

22

Responeu les següents preguntes:

Expliqueu com és “situa” cada cèl·lula dins de l’embrió (què és el que determina quins gens s’expressin en unes zones i no en unes altres).

Expliqueu què són els gens homeòtics.

Feu l’apartat “Problems” de l’animació anterior i escriviu les respostes dels problemes que us formulen.

Centre de Documentació i Experimentació en Ciències

23

2.8 Moren les cèl·lules del nostre cos?

Per respondre aquesta pregunta us suggerim consultar la Wkipèdia: També podeu mirar alguns vídeos, com per exemple: Si esteu interessats i voleu conèixer com funciona aquest procés d'apoptosi, podeu visitar les animacions següents on s'expliquen les dues vies possibles d'activació (extrínseca i intrínseca) i la casca de transducció del senyal que en resulta.

Apoptosi

Vídeo 1. Programed Cell Death

Vídeo 2. Massive Apoptosis

Apoptosis: Overview Promega Apoptosis: Intrinsic Pathway Promega

Centre de Documentació i Experimentació en Ciències

24

2.9 Variació contínua i discontínua

Les característiques d'un organisme, com ja sabeu, es coneixen amb el nom de fenotip. Les diferències fenotípiques entre els individus d'una població són produïdes per diferències en:

La seva dotació genètica (genotip) El medi ambient en el qual es desenvolupa l'individu

Algunes característiques són controlades quasi completament pel genotip de l'organisme i el medi ambient pràcticament no hi té influència. Per exemple, el grup sanguini d'una persona (A, B, AB o O) és controlat només pels gens que ha heretat. Aquests tipus de característiques diem que mostren una variació discontínua. D'altres característiques, com per exemple l'alçada en l'ésser humà, estan molt influenciades pel medi. Així un individu pot haver heretat una composició genètica favorable a tenir una alçada elevada però, si la seva alimentació ha estat insuficient, no arribarà a ser massa alt. Característiques com l'alçada diem que presenten una variació contínua. Això significa que una persona pot tenir qualsevol alçada dins d'un interval. Hi ha nombrosos exemples de gens i medi ambient que interactuen per produir el fenotip d'un organisme. Analitzarem en detall tres exemples: la determinació del sexe, el color de la pell i el cabell, i les causes del càncer. a) Determinació del sexe La determinació cromosòmica del sexe es coneix des de l'any 1905. Consulteu el següent lloc web per aprendre alguna cosa més del científics que van descobrir la determinació cromosòmica del sexe: Nettie Stevens i Edmund Wilson: Consulteu també l’animació i el problema. Per recordar com es determina cromosòmicament el sexe en els éssers vius podeu fer l'activitat següent:

Specialized chromosomes determine gender DNA from the beginning. Dolan DNA Learning Center

Centre de Documentació i Experimentació en Ciències

25

Activitat. Determinació cromosòmica del sexe en els éssers

vius

En aquesta activitat treballarem el concepte de determinació cromosòmica del sexe. Es tracta d'un procés què es dóna per igual en tots els organismes? Farem una recerca d'informació per tal de poder respondre aquesta pregunta.

Tanmateix no en tots els organismes el sexe està determinat genèticament, en alguns certs factors mediambientals (com ara la temperatura) són els responsables que un individu desenvolupi un o un altre sexe, és el que es coneix com determinació del sexe termodepenent.

Activitat. Determinació no cromosòmica del sexe

La determinació del sexe està únicament vinculada als cromosomes? Amb aquesta activitat coneixerem altres mecanismes de determinació del sexe que tenen lloc en alguns organismes.

b) El color de la pell i del cabell Les següents animacions us ajudaran a entendre el paper d’algunes cèl·lules de la pell (els melanòcits) en el color de la pell: Consulteu-les i responeu la següent pregunta:

Expliqueu com poden afectar el color de la pell d’una persona tant el seu genotip com el medi ambient.

Efectos del sol en la piel Merck Source How UV light damages your skin myDr, UBM Medica Australia

Centre de Documentació i Experimentació en Ciències

26

Activitat. Expressió de gens: Conills Himalàia, gats siamesos i

Milfulles

Coneixeu els gats siamesos o els conills de l'Himalàia? Ambdós comparteixen trets comuns en la seva pigmentació, però de què depèn? Aquest i d'altres casos representen excepcions on l'expressió gènica pot dependre de factors abiòtics. En aquesta activitat treballarem tres casos.

c) Salut i càncer El càncer cada vegada està més present a la nostra societat. De fet l'OMS ha advertit que ens els propers anys fins el 2020 la gent afectada per càncer pot augmentar un 50%: Les següents webs us serviran per començar a saber-ne una mica més sobre el càncer: Consulteu-les i responeu a les següents qüestions:

Com explicaries, d’una manera senzilla, el significat de la paraula càncer?

Com s’origina un càncer?

Quina diferència hi ha entre una cèl·lula sana i una cèl·lula cancerosa?

Quins canvis ha de patir una cèl·lula sana per esdevenir cancerosa?

Sólo una vida sana frenará el aumento del cáncer, advierte la OMS Consumer

Explicación básica de lo que es el cáncer Instituto Nacional del Cáncer Informació sobre el càncer Institut Català d'Oncologia

Centre de Documentació i Experimentació en Ciències

27

Activitat. Les causes del càncer

Existeixen diferents factors que poden interactuar d'una forma multifactorial i seqüencial per produir tumors malignes. Amb aquesta activitat estudiarem les diferents causes possibles de l'aparició del càncer, així com les mesures recomanades per a prevenir-lo.

L'origen del càncer està a les cèl·lules i, concretament en el control de la divisió cel·lular. En aquest sentit, els protoncògens són gens responsables del control de la divisió cel·lular. Els protoncògens que han estat identificats són variats, alguns d'ells són els receptors de factors de creixement i la tirosina quinasa, entre altres. Alguns protoncògens serveixen per regular la mort cel·lular programada. Els protoncògens amb mutacions s'anomenen oncògens. Els oncògens poden causar que una cèl·lula es divideixi de manera descontrolada en absència de les senyals dels factors de creixement. A més de protoncògens i oncògens hi ha els gens supressors de tumors que produeixen proteïnes supressores que aturen el cicle cel·lular. Per treballar aquests conceptes, relacionar-los amb el cicle cel·lular i l'origen del càncer, podeu mirar les animacions de l'enllaç següent. També disposeu de l'enllaç que us proporciona les transcripcions de les animacions.

Activitat. Biologia del càncer

Sabem què és el càncer, però com es relaciona amb els processos de control del cicle cel·lular? En aquest activitat estudiarem la relació existent entre aquests processos de control i l'aparició de tumors. Alhora podrem entendre què és l'apoptosi o mort cel·lular programada.

Cancer and the Cell Cycle National Institute of Heath - National Cancer Institute Cancer and the Cell Cycle (transcripts for animations) National Institute of Heath - National Cancer Institute

Centre de Documentació i Experimentació en Ciències

28

El projecte “Genoma humà” Per tenir una idea bàsica, llegiu la informació següent: Per saber més: La seqüenciació del genoma humà ofereix grans expectatives de futur, però també genera una gran preocupació sobre l’ús potencial d’aquesta informació. Llegiu el següent article del professor David Bueno per reflexionar sobre aquest aspecte:

Fins a quin punt seria acceptable que les asseguradores, per exemple, disposessin d’informació sobre la predisposició genètica de les persones quan es sol·licita una assegurança sanitària?

Qui hauria de decidir sobre aquesta informació qui la podria utilitzar?

Els registres de genotips individuals, haurien de ser confidencials?

Amb el desenvolupament de tecnologies genètiques, molts possibles nous tractaments mèdics serien molt cars. Tots els habitants del món podrien tenir accés a aquests tractaments?

Projecte genoma humà

How to Sequence a Genome The National Human Genome Research Institute Genome DNA Learning Center

De qui és el teu genoma? Diari Avui, 16 de Juliol del 2005