¡Descarga Resum Cèl•lules Procariotes i eucariotes y más Apuntes en PDF de Biología solo en Docsity!
TEMA 3. ORGANITZACIÓ CEL·LULAR: CÈL·LULES
PROCARIOTES I CÈL·LULES EUCARIOTES
NIVELLS D’ORGANITZACIÓ BIOLÒGICA:
Els organismes vius, i especialment els pluricel·lulars estan formats per estructures ordenades. L’agrupació d’organismes dona lloc a altres organismes molt més complexos pel que fa a l’organització de les biomolècules. Aquestes estructures s’organitzen de forma jeràrquica (petit → gran) formant la jerarquia estructural dels éssers vius següent: Segons aquesta classificació, la cèl·lula es considera la unitat fonamental de la vida. En organismes pluricel·lulars la jerarquia continua: les cèl·lules en s’agrupen i formen teixits, i les agrupacions de teixits donen lloc als òrgans. Quan tenim un conjunt d’òrgans que treballen per a una mateixa finalitat tenim un sistema (òrgans similars formats pel mateix tipus de teixit realitzen una tasca en comú) o aparell (diversos òrgans contribueixen per portar a terme una determinada activitat), que al seu torn formen l’organisme. Encara podem trobar, però, nivells més complexos que es basen en els organismes: ● Poblacions: família d’individus iguals (mateix organisme). ● Comunitat: grup de diferents organismes que viuen en un mateix espai. ● Ecosistemes: grup de diferents organismes que viuen en un mateix espai i els elements inerts de l’espai on habiten. ● Biosfera: sistema format per tots els éssers vius que habiten el planeta. ● Ecosfera: ecosistema de tot el planeta, incloent la biosfera i els elements inerts. TEORIA CEL·LULAR: ORGANITZACIÓ BÀSICA DE LES CÈL·LULES Aproximadament existeixen uns 10 milions (10⁷) d’espècies diferents d’organismes vius, i tots estan formats per les mateixes unitats bàsiques: les cèl·lules.
Aquest concepte d’unificació de la biologia per a tots els organismes s’expressa amb “la teoria cel·lular” , que va ser establerta per diferents científics en diversos anys. La teoria cel·lular consta de 5 principis bàsics:
- Tots els organismes vius estan constituïts per una o més cèl·lules. Per tant, la cèl·lual és la unitat estructural de tots els organismes vius. Schleiden, 1838 (plantes).
- La cèl·lula és la unitat més petita d’un organisme que pot dur a terme totes les funcions bàsiques d’un ésser viu i, a més, és capaç de mantenir la seva existència de manera independent. Esdevé així la unitat funcional de tots els organismes vius. Schwann, 1839 (animals).
- Tota cèl·lula prové d’una altra cèl·lula preexistent i, la seva continuïtat es manté a través del seu material genètic. Virchow, 1858.
- Totes les cèl·lules vives tenen un origen comú i es pot seguir el seu rastre d’ascendència fins temps ancestrals. Weismann, 1880 (origen comú de totes les cèl·lues).
- La cèl·lula conté tota la informació sobre la síntesi de la seva estructura i el control del seu funcionament, i és capaç de transmetre-la als seus descendents. La cèl·lula és la unitat genètica autònoma dels organismes vius. Sutton i Boveri, 1902 (teoria cromosòmica de l’herència). La teoria cel·lular defineix: Cèl·lula: unitat bàsica d’organització estructural i funcional dels éssers vius. És capaç de realitzar les tres funcions vitals: ● Nutrició: metabolisme. Transforma l’energia per tal d’aprofitar-la. ● Relació: respostes a estímuls provinents de l’entorn. Es relacionen amb l’entorn i amb els altres organismes) ● Creixement i reproducció Virus: són considerats com a nivell acel·lular (no tenen estructura cel·lular). Són paràsits obligats: no poden realitzar totes les funcions biològiques bàsiques per ells sols. Els virus tenen material genètic però no tenen la maquinària necessària per tal de replicar-lo, així es veuen obligats a infectar altres organismes (cèl·lules) i utilitzar la maquinària cel·lular d’aquests per a poder replicar-se. En funció del nombre de cèl·lules trobem: ➔ Organismes unicel·lulars: estan formats per una única cèl·lula. En aquest cas presenten una estructura senzilla i una bioquímica complexa, ja que una cèl·lula ha de realitzar totes els funcions per tal de mantenir-se viva.
CARACTERÍSTICA CÈL·LULES PROCARIOTES CÈL·LULES EUCARIOTES
Organismes Bacteris i arqueus Protists, fongs, plantes i animals Dimensió cel·lular 1-10 μm Ø 10-100 μm Ø Organització cel·lular Unicel·lular o colònies senzilles (￬ especialització funcional) Pluricel·lular o unicel·lular (￬ especialització cel·lular) Estructura cel·lular Simple Complexa Orgànuls envoltats de membrana Absents Abundants: nucli, mitocondris, cloroplasts, RE, etc. Bioquímica Complexa Simple Enzims respiratoris Membrana plasmàtica Membrana mitocondrial Metabolisme ◈ Anaeròbic o aeròbic ◈ Autotròfic o hetertròfic ◈ CA: aeròbic i hetertròfic ◈ CV: aeròbic i autotròfic Ribosomes 70 S 80 S Paret cel·lular Paret no cel·lulòsica (peptidoglicà), rígida i consistent. ◈ CA: absent, però presenta matriu extracel·lular. ◈ CV: paret cel·lulòsica DNA (cromosoma) 1 molècula circular dispersa pel citosol (sovint tenen plasmidis). Múltiples molècules lineals associades a histones i localitzades la nucli. Síntesi RNA i proteïnes Citoplasma ◈ RNA: nucli (i nucleòl) ◈ Proteïnes: citoplasma
Divisió cel·lular (separació de cromosomes) Per unió a la membrana plasmàtica Mitjançant el citoesquelet: fus mitòtic Locomoció Flagel bacterià (flagelina) Cilis i flagels (microtúbuls de tubulina) Tots els organismes formats per eucariotes pertanyen a una mateixa línia evolutiva. En canvi, els organismes procariotes pertanyen a dues línies evolutives diferents, les quals es van diferenciar a l’inici de la creació de la vida. Per tant, entre els bacteris i els arqueus hi ha diferències molt grans respecte del seu funcionament. Per exemple, a nivell molecular els arqueus s’assemblen més als eucariotes que als bacteris, però a nivell metabòlic s’assemblen més als bacteris. Els arqueus són organismes de dimensions molt reduïdes i que es troben en llocs molt inhòspits per la vida, ja que tenen uns enzims exclusius a les seves membranes que els confereixen protecció per viure en medis que presenten condicions extremes. Fins al moment no s’ha trobat cap arqueu que sigui patogen. La major part de les cèl·lules eucariotes formen organitzacions pluricel·lulars en les quals cada cèl·lula està especialitzada, aixìl’organisme augmenta la seva eficiència. Cèl·lules eucariotes: compartimentació gràcies a les membranes (orgànuls envoltats de membrana) ➔ es diferencien diversos espais dins la cèl·lula. Aixì es poden donar diferents funcions alhora. La cèl·lula eucariota es caracteritza per tenir una xarxa de proteïnes anomenada CITOESQUELET: dona tensió mecànica i mantenen l’estructura de la cèl·lula. Es crea un corrent que permet moure les substàncies i els orgànuls dins seu; la cèl·lula en sí també es pot moure. COMPARACIÓ ENTRE CÈL·LULA EUCARIOTA ANIMAL I CÈL·LULA EUCARIOTA VEGETAL Tipus de cèl·lules eucariotes: Cèl·lula animal: ● Heteròtrofa, obtenen el carboni a partir de carboni orgànic. No té reserves de midó però sí de glicogen. ● En general solen ser més petites (10-20 μm de diàmetre). ● No té paret cel·lular, però pot tenir matriu extracel·lular. Aquesta està formada per polisacàrids i proteïnes, i dona més flexibilitat a la cèl·lula. ● Sistema de vesícules més complex: té moltes vesícules petites, entre les quals hi ha vacúols i lisosomes. Les vasícules transporten material, o es formen a l’hora d’ingerir nutrients de l’exterior. Els lisosomes contenen enzims hidrolítics. El seu aparell de
DIVERSITAT CEL·LULAR
I. MIDA
Pel que fa a la mida de les cèl·lules, cal tenir present les unitats de mesura en biologia cel·lular: micròmetre (μm) ➞ 1 μm = 10⁻³ mm = 10⁻⁶ m nanòmetre (nm) ➞ 1 nm = 10⁻⁶ mm = 10⁻⁹ m àngstrom (Å) ➞ 1 Å = 10⁻⁷ mm = 10⁻¹⁰ m 1 mm = 10³ μm = 10⁶ nm = 10 ⁷ Å 1 μm = 10³ nm = 10 ⁴ Å En general, les dimensions cel·lulars són: ➔ Cèl·lula procariota: 1-10 μm [Ø ≈ 2-5 μm] ➔ Cèl·lula eucariota: 10-100 μm [Ø (cèl. animal) ≈ 10-20 μm // Ø (cèl. vegetal) ≈ 20-50 μm] La majoria de les cèl·lules són de l’ordre de micròmetres, encara que n’hi ha algunes de més grans que podem arribar a veure a simple vista. Per tal de veure la resta de les cèl·lules, i els orgànuls que presenten en el seu interior, necessitem d’un microscopi òptic. Segons quines estructures vulguem observar haurem d’utilitzar el microscopi electrònic. Ens permet veure els ribosomes, els virus i fins i tot algunes estructures moleculars (biomolècules grans com proteïnes i lípids). La mida no només és important des del punt de vista morfològic i de visualitzar la cèl·lula sinó que també afecta a les capacitats de les cèl·lules: en funció de la seva mida tindran més o menys facilitat per portar a terme certs processos o necessitaran d’estructures especials. Així doncs, es pot dir que la mida té a veure amb l'especialització de la cèl·lula. Per què les cèl·lules són tan petites? Això és perquè tindrien un problema físic si són grans degut a la relació superfície-volum. El volum augmenta molt més ràpid que la superfície. Les cèl·lules grans adopten formes per augmentar la seva eficiencia (p.e. vellositats en la seva superfície). Si dupliquem el radi la superfície es multiplicarà per 4 i el volum per 8. La relació entre la superfície i el volum és el que marca la diferència del que poden fer aquestes cèl·lules. En una cèl·lula més petita, les substàncies que s’intercanvien a través de la membrana es reparteixen millor en el citoplasma. En canvi, en una cèl·lula més gran la superfície que capta substàncies és molt més petita en relació al volum interior, per tant és més difícil que les substàncies captades arribin a totes les parts de la cèl·lula. Com més volum, més biomassa i major ha de ser l’intercanvi perquè els enzims siguin eficients. Per tant, les cèl·lules més grans requeriran d’elements que regulin el sistema de captació o excreció de substàncies. Per això, a partir d’una determinada mida, les cèl·lules tenen una compartimentació i organització interna corresponent a les cèl·lules eucariotes. En els procariotes també hi trobem variabilitat de mida, però generalment la seva mida és petita i també poden formar filaments (no es consideren teixits).
EXCEPCIONS
Procariotes ♦ Micoplasma: fan 0,1-0,25 μm. Són molt petits i tenen forma esfèrica. ♦ Thiomargarita namibiensis : fan aprox. 400-750 μm i són molt grans. Es poden veure a simple vista. ♦ Epulopiscium fishelsoni : fan aprox. 80x600 μm i són molt llargs. ♦ Oscillatoria (a cyanobacterium) : fa aprox. 8x50 μm. Eucariotes ♦ Acetabulària : alga unicel·lular eucariota. És una cèl·lula molt gran, mesura entre 10 i 15 cm. ♦ Ous: es consideren cèl·lules que es poden veure a simple vista. Són tan grans degut a la seva funció: acumular gran quantitat de reserves. ✱ Els virus són encara més petits, ～40 nm, però no es consideren éssers vius. Thiomargarita namibiensis (^) Epulopiscium fishelsoni (^) Oscillatoria II. FORMA La forma és una característica que depén de les activitats o funcions que la cèl·lula realitza. PROCARIOTES ⇨ tenen poca diversitat morfològica, no obstant aquesta es dona en funció de l’estratègia ecològica. Hi trobem pocs grans grups: ● Cocs: forma esfèrica (són els més típics). ● Bacils: forma de bastò, cilindres arrodonits. ● Espirils/vibris (petits): formes corbades. ● Espiroquetes: tirabuixons/espirals molt llargs. Tenen una estructura més complexa. ● Altres: bacteris amb diversos tipus d’apèndixs (gemmes, hifes, peduncles...) i bacteris filamentosos (quan formen feixos de filaments es poden veure a ull nu).
ja que generalment no es mouen. En alguns casos poden presentar flagels o agrupar-se en colònies. ➥ Els eucariotes unicel·lulars no fotosintètics tenen morfologies més complexes i variables que presenten moltes estructures de la pròpia cèl·lula a la part externa, per tal de poder tenir moviment o adherir-se a altres superfícies (cilis i flagels). En alguns casos també poden formar agregats de cèl·lules. Pluricel·lulars: ➥ Animals: les cèl·lules es troben diferenciades en teixits. La forma rodona és la menys comuna, mentre que altres formes més comunes són l’estrellada (neurones), forma fusada (cèl·lules musculars), cèl·lules epitelials, espermatozoide, leucòcits (canvien de forma). En resum, depenent de la funció que desenvolupen (especialització), aquestes presenten diverses morfologies. ➥ Vegetals: no hi ha tanta diversitat, ja que les cèl·lules estan condicionades per la paret de cel·lulosa que els dona una morfologia rígida i poligonal. Tot i això, podem diferenciar- les pel seu contingut biomolecular i les funcions que realitzen. Les cèl·lules vegetals més diferents són les cèl·lules parenquimàtiques, que constitueixen la parènquima; i les esclereides, que constitueixen els vasos conductors a través dels quals es transporta la saba.
En resum, moltes cèl·lules lliures tenen una membrana plasmàtica fàcilment deformable i constantment canvien de forma. Les cèl·lules que estan unides a altres formant teixits tenen una forma que depèn de les tensions que generen les unions amb altres cèl·lules contigües. Les cèl·lules proveïdes de paret de secreció rígida tenen una forma molt més estable. La forma de la cèl·lula està estretament relacionada amb la funció que exerceix.
