t 6 la celula 1213

IES Guillem Cifre de Colonya. BIOLOGIA BATXILLERAT 2. Professor: Bartomeu Vilanova Suau 1

1. La teoria cel.lular. 2. Forma, mida i longevitat de les cèl.lules. 3. La cèl.lula procariota, la cèl.lula eucariota. 4. La cèl.lula animal, la cèl.lula vegetal. 5. Origen i evolució cel.lular

6

LA CÈL.LULA:

UNITAT D’ESTRUCTURA I DE FUNCIÓ


1 LA TEORIA CEL.LULAR

Els pioners: Robert Hooke i van Leeuwenhoek Els primers coneixements sobre la cèl·lula daten de l’any 1665, quan Robert Hooke va publicar els resultats de les seves observacions sobre els teixits vegetals, fetes amb un microscopi construït per ell mateix que arribava a uns cinquanta augments. En la seva obra Micrographia va descriure amb detall que el teixit suberitzat (suro) i els altres teixits observats estaven constituïts per una sèrie de celles petites, semblants a les d’un rusc d’abelles, i va establir el terme cèl·lula (del llatí cellulae petites celles, cambretes) per designar-les. Les cel·les del suro només estan constituïdes per les parets de cel·lulosa de les cèl·lules vegetals mortes, i per un interior ple d’aire; en canvi, en els altres teixits sí que va poder observar cèl·lules vives. Un contemporani de Robert Hooke, l’holandès Van Leeuwenhoek , un comerciant i naturalista aficionat, es va dedicar a perfeccionar les lents d’augment i va construir microscopis senzills, que arribaven a tenir fins a 200 augments. amb els quals, en observar l’aigua de les basses i els fluïts in-terns dels animals, va fer descobriments interessants. Així doncs, va poder veure per primera vegada protozous i rotífers etc, que va anomenar animàlculs. La millora dels microscopis òptics

Durant el segle XVIII gairebé no hi va haver avenços en citologia; això va ser degut al fet que les aberracions cromàtiques i esfèriques de les lents no permetien millorar la qualitat d’observació dels primers microscopis. Por això i perquè les cèl·lules dels teixits animals generalment no tonen parets cel·lulars gruixudes, no es va poder descobrir que aquests també estan constituïts por cèl.lules. Durant el segle XIX , gràcies a la correcció de les aberracions òptiques i a la millora de les tècniques de preparació microscòpica (fixació, inclusió i tinció), es van poder estudiar les cèl.lules amb més detall i observar-hi diversos estructures a l’interior. Així doncs, el 1831 Brown va descobrir en les cèl·lules vegetals un corpuscle que va anomenar nucli. Schleiden i Schwann pares de la teoria cel.lular El botànic alemany Schleiden (1838) va posar els primers postulats de la teoria cel·lular en afirmar que la cèl·lula és la unitat elemental de tota l’estructura de les plantes. El 1839, el zoòleg alemany Schwann va establir el paral·lelisme entre els teixits animals i els vegetals quan va observar que el teixit cartilaginós estava constituït por cèl·lules a l’interior de la qual també hi havia un nucli. . A partir dels postulats de Schleiden i Schwann es va iniciar el desenvolupament de l’anomenada teoria cel·lular , quan se’n van enunciar clarament els dos primers principis:

1) Tots els éssers vius estan constituïts per una o mé s cèl.lules, o dit d’una altra manera: la cèl·lula es la unitat morfològica de tots els ésser s vius.

2) La cèl·lula és capaç de dur a terme tots els proces sos metabòlics necessaris per

mantenir-se amb vida, és a dir, la cèl·lula és la u nitat fisiològica dels organismes.


El 1855, el metge alemany Virchow va millorar la teoria cel.lular quan va aportar una idea correcta sobre l’origen de les cèl·lules, punt en el qual Schwann i Schleiden estaven equivocats:

3) Les cèl·lules tan sols poden sorgir a partir d’unes altres d’existents (que en llatí es va expressar amb la frase famosa: Omnis cellula ex cellula (tota cèl.lula prové d’una altra cèl.lula).

El 1902, Sutton i Boveri , autors de la teoria cromosòmica de l’herència van ampliar la teoria cel.lular amb un quart postulat:

4) La cèl·lula conté tota la informació sobre la sínte si de la seva estructura i el control del seu funcionament, i és capaç de transmetre-la als s eus descendents, és a dir, la cèl·lula és la unitat genètica autònoma dels éssers vius.

Posteriorment es va rectificar un dels aspectes equivocats de la primitiva teoria cel·lular, concreta-ment la idea proposada per Schleiden, que defensava que la vida dels organismes pluricel.lulars no era més que la suma de les funcions de les seves cèl·lules. En realitat, els organismes pluricel.lulars no tan sols tenen diferents tipus de cèl·lules que fan diverses funcions, sinó que també coordinen les funcions de manera integrada i asseguren així la supervivència de l’individu. En resum, en un nivell determinat, en el nostre cas el pluricel.lular, hi ha propietats que no es donen en el nivell anterior, tal com va proposar J. Needham en la teoria sobre els nivells d’organització de la matèria. En resum, la teoria cel·lular enuncia que la cèl·lu la és la unitat morfològica, fisiològica i genètica de tots els éssers vius. Les millores en la microscopia El 1892 va néixer la citologia com a ciència, amb la publicació d’una obra de síntesi dels coneixements que fins aleshores es tenia sobre la cèl.lua

Posteriorment es va inventar el microscopi de llum ultraviolada , que necessita lents de quars molt costoses però que aconsegueix detalls més precisos, gràcies a la menor longitud d’ona. El 1930 es va inventar el microscopi de contrast de fases , que no necessita tenyir les preparacions microscòpiques per observar els petits detalls. El 1932. l’a1emany Ruska va inventar el microscopi electrònic , que va significar una autèntica revolució en citologia tot i que no va quedar perfeccionat per ser utilitzat en microbiologia fins al 1952. Des d’aquella època no s’ha tornat a produir un nou invent comparable.

Les aportacions de Ramón i Cajal a la consolidació de la teoria cel.lular

L’investigador espanyol Santiago Ramon i Cajal, pare de la teoria neuronal, va demostrar que el teixit neuronal també estava format per cèl· lules, cosa que s’havia posat en dubte fins a la publicació dels seus treballs l’any 1888. D’aquesta manera la teoria cel· lular quedava definitivament generalitzada a totes les cèl· lules.


2 FORMA, MIDA I LONGEVIAT DE LES CÈL.LULES

Forma La forma de les cèl·lules és molt variada: arrodonides, el·líptiques, fusiformes, estrellades... La forma té a veure amb la funció que realitzen, l’espai que ocupen etc. Mida La mida de les cèl·lules es extremadament variable. Els bacteris solen mesura entre 1 i 2 µ de longitud, la major part de les cèl·lules humanes fan de 5-20µ. Entre les cèl·lules més grans podem contar l’ou d’estruç d’uns 17x13 cm. Relació mida –forma i estat de la cèl·lula Quan una cèl·lula esfèrica augmenta la mida, el volum augmenta proporcionalment al cub del radi (V= 4/3πr3) mentre que la superfície tan sols augmenta en funció del quadrat del radi (S = πr2). És a dir augmenta molt més el seu volum que la seva superfície, disminueix la relació superfície/volum. Això suposa un gran inconvenient per a la cèl·lula ja que es limita l’entrada de nutrients (ja que està en funció de la seva superfície). Per altra part l’augment de volum no va acompanyat d’un augment del nucli ni del nombre de cromosomes, com a conseqüència, podria passar que en disminuir la relació volum del nucli / volum del citoplasma, el nucli fos insuficient per controlar la cèl·lula Resumint:

Dins una mateixa estirp cel·lular les cèl·lules joves tenen major relació superfície/volum i major relació volum del nucli/volum citoplasmàtica que les cèl·lules velles.

Longevitat La durada de la vida de les cèl.lules és molt variable, per exemple algunes cèl.lules de l’epiteli humà sols duren unes vuit hores en canvi per les neurones duren tota la vida.

UNITATS EN MICROSCOPIA LONGITUD 1 µ (micra) = 10-6 m 1 nm (nanometre) = 10-9 m 1A (Àngstrom) = 10 –10 m MASSA 1 Pg (picogram) = 10 –12 g. 1 dalton = 1,66. 10-24 g SEDIMENTACIÓ Svedberg (S)


3 LA CÈL.LULA PROCARIOTA, LA CÈL.LULA EUCARIOTA.

CONCEPTE CEL.LULA PROCARIOTA CEL.LULA EUCARIOTA Mesura Mesuren entre 1 i 5 micres. Són més grans. Moltes mesuren entre

20 i 50µ el rovell d’ou de gallina, 2 cm; algunes neurones. Més d’1 m etc.

Forma Tenen poques formes: esfèriques (cocs), de bastó (bacils), de coma ortogràfica (vibrions) o d’espiral (espirils). Sempre són unicel.lulars, encara que poden formar colònies.

Tenen formes molt variades. Poden constituir organismes unicel.lulars o pluricel.lulars. En els pluricel.lulars hi ha cèl.lules molt especialitzades, i per tant, en formes diferents.

Embolcalls Membrana de secreció gruixuda i constituïda de peptidoglicans. Algunes a més, tenen una càpsula mucosa

Les cèl.lules vegetals tenen una paret gruixuda de cel.lulosa. Les cèl.lules animals poden presentar membrana de secreció (matriu extracel.lular) o estar-ne mancades

Orgànuls membranosos

Els orgànuls membranosos són els mesosomes. Les membranes no tenen colesterol

Els orgànuls membranosos són: El reticle endoplasmàtic, l’aparell de Golgi, els vacúols, els lisosomes, els mitocondris, els cloroplasts (tan sols en algunes cèl.lules) i els peroxisomes

Estructures no membranoses

Les estructures no membranoses són els ribosomes (de 70 S). Algunes presenten vesícules de parets proteiques ( vesicules de gas etc)

Les estructures no membranoses són els ribosomes (de 80 S), el citoesquelet i, en els animals, a més, els centríols

Nucli No tenen nucli. No hi ha nuclèols

Sí que tenen nucli i dins hi ha un o més nuclèols.

ADN i ARN L’ADN és una sola molècula circular de doble hèlix que, encara que pot estar associada a proteïnes, no forma nucleosomes. Aquest ADN equival aun únic cromosoma. Tenen plàsmidis, petits ADN circulars de doble filament. L’ARNm no presenta maduració. La transcripció i la traducció es fan al mateix lloc

L’ADN és lineal i de doble hèlix, i està associat a histones, formant nucleosomes. Cada fibra d’AND quan es condensa forma un cromosoma. A més hi ha ADN circular de doble filament en els cloroplasts i en els mitocondris. El preARNm experimenta maduració. La transcripció es fa al nucli i la traducció al citoplasma.

Reproducció No hi ha mitosi. El citoplasma es divideix per bipartició. La reproducció és de tipus asexual. Hi pot haver fenòmens de parasexualitat (intercanvi de material genètic)

El nucli es divideix per mitosi o meiosi. El citoplasma es divideix per bipartició, esporulació, gemmació o pluripartició. La meiosi, que genere gàmetes o meiospores, permet la reproducció sexual


4 LA CÈL.LULA ANIMALS, LA CÈL.LULA VEGETAL.

ESTRUCTURA DE LES CÈL.LULES EUCARIOTES

ANIMAL VEGETAL

Membrana plasmàtica SÍ SÍ Paret cel.lular cel.lulòsica

NO SÍ EMBOLCALLS Membrana

de secreció Matriu extracel.lular

SI/NO NO

Citosol (=Hialoplasma) SÍ SÍ Llis SÍ SÍ Reticle

endoplasmàtic Rugós SÍ SÍ

Aparell de Golgi Gran Petit Vacúols Diversos

i petits Un de gran

Lisosomes Molts Pocs

Orgànuls amb membrana senzilla interrelacionats (sistema endomembranós)

Peroxisomes/ Glioxisomes SÍ/NO SÍ/SÍ Cloroplats NO SÍ/NO

Estructures delimitades per dues membranes

Orgànulsamb doble membrana (transductors d’energia)

Mitocondris SÍ SÍ

Estructures granulars

Ribosomes SÍ SÍ

Centríols SÍ NO Cilis En

alguns NO

Flagels En alguns

NO

Estructures microtubulars

Microtúbuls SÍ SÍ Microfilaments d’actina i miosina

SÍ NO Estructures microfibril.lars

Filaments intermedis (cèl. Nervioses i epidèrmiques)

Citoesquelet

SÍ NO

Grànuls de reserva de midó NO SÍ

CITOPLASMA

Estructures sense membranes o no delimitades totalment per una membrana

Inclusions citoplasmàtiques Reserves de glicògen SÍ NO

Embolcall nuclear / Posició del nucli SÍ, central

Sí, lateral

Nucleoplasma SÍ SÍ Cromatina SÍ SÍ

NUCLI

Nuclèol SÍ SÍ


5 ORIGEN I EVOLUCIÓ CEL.LULAR.

Avui s’accepta que l’avantpassat comú de totes les cèl·lules fou una forma primitiva que Carl Woese va anomenar protobiont . Es tractaria d’una forma molt simple amb uns processos genètics de transcripció i traducció molt simples. A partir d’ella, per evolució es formarien: els urcariotes , els arqueobacteris i els eubacteris . Entre fa uns 2000 i uns 700 milions d’anys varen aparèixer els eucariotes. Es suposa que foren els eucariotes les primitives cèl·lules que fagocitaren altres procariotes i establiren relacions d’endosimbiosi amb elles donant origen, per evolució a les cèl·lules eucariotes. Aquesta teoria, coneguda com a teoria endosimbiòtica fou enunciada per Margulis i posteriorment completada per altres investigadors com C. De Duve amb els seus estudis sobre els peroxisomes. La teoria de l’endosimbiosi Aquesta teoria explica l’aparició de les cèl·lules eucariotes en base als següents processos evolutius:

- Una primitiva protocèl.lula va plegar la seva membrana plasmàtica per augmentar la superfície per absorció.

- Per plegament intern de la membrana es formaren vesícules que es varen alliberar a l’interior del citoplasma. Així va començar la digestió intracel·lular. La formació d’un sàcul, amb la porció de la membrana que duia l’ADN, va originar el nucli.

- La síntesi de fibres i microtúbuls, que actuaren com a elements esquelètics, varen permetre la mobilitat exterior i interior. Varen aparèixer processos d’endocitosi, vesícules digestives, un protoreticle endoplasmàtic etc.

- La incorporació de procariotes (del tipus dels espiroquets) va dona origen als undulipodis (flagels).

- Els compartiments que envoltaven l’ADN formarten una vertadera membrana nuclear. - Els sistemes de membrana evolucionaren formant el reticle endoplasmàtic i el Golgi. - La incorporació endosimbiòntica dels percussors dels peroxisomes, mitocondris i cloroplasts

mitjançant fagòcits primitius va marcar el final de l’evolució eucariota. - Els percussors dels peroxisomes foren

uns procariotes aerobis endosimbionts que varen protegir els seus hostes de la toxicitat de l’oxigen. Aquests percussors varen perdre tot el seu material genètic.

- Els percussors dels mitocondris foren bacteris aerobis que varen permetre la respiració aeròbica, formant ATP.

- La presència prèvia de peroxisomes i mitocondris va permetre la incorporació final de procariotes fotosintètics del tipus del cianobacteris, en algunes cèl·lules eucariotes. Això va permetre la síntesis de substàncies a partir de la llum del Sol.

- Els percussors dels mitocondris i cloroplats varen perdre la major part del material genètic a favor de l’ADN nuclear


QÜESTIONARIQÜESTIONARIQÜESTIONARIQÜESTIONARI

1) Raona quin tipus de cèl�lula foren els primers organismes. 2) Resumeix els punts bàsics de la teoria cel�lular. 3) Posa qualque exemple significatiu per demostrar que la forma de la cèl�lula està

relacionada amb la seva funció. 4) Quin paper juga la relació superfície / volum en la vida cel�lular? 5) De les característiques següents digués quines corresponen a cèl.lules procariotes i quines

a cèl�lules eucariotes o a ambdues - ADN circular. - Cromosomes - Ribosomes - Aparell de Golgi

INVESTIGA. INVESTIGA. INVESTIGA. INVESTIGA. Consulta l’apartat “Tècniques de citologia” de la nostra WEB i contesta.

1) Què és el poder de resolució d’un microscopi? 2) Què és el límit de resolució? De què depèn? 3) Què és l’obertura numèrica de l’objectiu? 4) Quin és el límit de resolució del microscopi òptic? 5) A quins augments es pot arribar amb el microscopi òptic? 6) Quin tipus de microscopia òptica resultaria més apropiat per a observar cèl�lules vives? 7) A quins augments pot arribar un microscopo electrònic de transmissió (MET)? Quin és la

mida mínima observable? 8) Què es veu la imatge de la mostra? 9) Es poden veure cèl�lules vives? 10) Explica la tècnica del ombrejat metàl�lic? 11) Quina diferència hi ha entre el MET i el microscopi electrònic d’escombratge (MEB) pel

que fa a la tècnica i pel que fa a les imatges que s’obtenen? 12) Quins augments es poden aconseguir amb el microscopi electrònic d’escombratge? Quin

és la mida mínima observable? 13) Què és la criofractura? 14) Resumeix breument les passes de preparació de mostres en microscopia òptica. 15) Resumeix breument les passes de preparació de mostres de microscopia electrónica 16) Explica en que consisteix la cromatografia i la seva utilitat en biologia? 17) Explica en que consisteix l’electroforesi i la seva utilitat? Sobre quins soports es realitza? 18) Quines utilitats té la centrifugació per a l’estudi de la biologia cel.lular? 19) En què consisteix l’autorradiogafia? Posa un exemple de la seva utilitat en els estudis de

biologia cel�lular.

ACTIVITATS. ACTIVITATS. ACTIVITATS. ACTIVITATS. Tema 6: La cèl�lula: Unitat d’estructura i de funcióTema 6: La cèl�lula: Unitat d’estructura i de funcióTema 6: La cèl�lula: Unitat d’estructura i de funcióTema 6: La cèl�lula: Unitat d’estructura i de funció


TESTTESTTESTTEST 1 Robert Hooke va fer els primers descobriments sobre la cèlu.la 2 Una micra és la milésima part d’un centímetre 3 Un nanòmetre o milimicra equival a 10-9 metres 4 1 micra equival a 10.000 angstroms 5 El svedberg (S) és una unitat de velocitat de sedimentació en centrífuga. 6 Les cèl.lules procariotes solen fer entre 50 i 80 micres. 7 les cèl.lules procariotes tenen membrana de secreció gruixada constituïda per

mureïna. 8 Les membranes de les cèl.lules procariotes no presenten colesterol 9 Les cèl.lules procariotes no tenen nucli 10 Les cèl.lules procariotes tenen nucléol. 11 L’ADN de les cèl.lules procariotes és circular i de doble hèlix. 12 L’ADN de les cèl.lules procariotes forma nucleosomes 13 les cèl.lules eucariotes són més grosses que les procariotes 14 L’ADN de les cèl.lules eucariotes és lineal i de doble hèlix 15 A les cèl.lules procariotes apareixen cilis 16 Les cèl.lules animals contenen grànuls de midó 17 Sols les cèl.lules animals presenten centríols 18 Les cèl.lules vegetals presenten matriu extracel.lular. 19 Les cèl.lules animals presenten paret de cel.lulosa 20 Els vacuols de les cèl.lules vegetals són més grossos que els de les cèl.lules animals. 21 Les cèl.lules vegetals presenten microfilments d’actina i miosina 22 Les cèl.lules vegetals no presenten reticle endoplasmàtic llis 23 Sols les cèl.lules vegetals presenten ribosomes 24 Els augments d’un microscopi es calculen multiplicant els augments de l’ocular pel

poder de resolució. 25 El poder de resolució del microscopi òptic pot arribar a 4 angstrom de resolució. 26 El microscopi òptic (“normal”)pot arribar als 6500 augments 27 La teoria endosimbiòntica fou enunciada per Margulis 28 Ramon i Cajal fou el descobridor delnucli cel.lular 29 Els cloroplasts procedeixen de l’evolució de cianofícies fagocitades per una

primitiva cèl.lula eucariota 30 Schleiden i Schwann foren els pares de la teoria cel.lular.

t 6 la celula 1213

Documents