La Célula: Descubrimiento, Concepto y Estructura | Biología Celular

Biologia
LA
CÈL·LUL
A
Maria Bonet i Sáez
ÍNDEX
El descobriment de la cèl·lula............................................................................................................................. 3
Robert Hooke.............................................................................................................................................................. 3
Anton van Leeuwenhoek........................................................................................................................................ 3
Robert Brown...............................................................................................................................................................3
Matthias Schleiden.................................................................................................................................................... 3
Theodor Schwann (1839)........................................................................................................................................3
Rudolf Virchow........................................................................................................................................................... 3
Theodor Boveri i Walter Sutton............................................................................................................................ 3
Concepte de Cèl·lula..............................................................................................................................................4
Forma i Mida de les cèl·lules................................................................................................................................4
Diversitat de formes................................................................................................................................................. 4
Unitats de Mesura......................................................................................................................................................4
Relació Superfície / Volum......................................................................................................................................5
Importància de la Forma i l’Estat de les Cèl·lules................................................................................... 5
L’Estructura de les Cèl·lules..................................................................................................................................6
Procariotes (Bacteris)................................................................................................................................................6
Eucariotes..................................................................................................................................................................... 6
Cèl·lules vegetals i animals (eucariotes).................................................................................................... 6
Cèl·lula Animal.............................................................................................................................................7
Cèl·lula Vegetal............................................................................................................................................8
Mètodes d’estudi de les cèl·lules........................................................................................................................9
Microscopi Òptic (MO).............................................................................................................................................9
Microscopi Electrònic (ME).....................................................................................................................................9
Microscopi electrònic de transmissió (MET)............................................................................................ 9
Microscopi Electrònic de Rasterig(MER)..................................................................................................10
Augments i resolució........................................................................................................................................ 11
2
El descobriment de la cèl·lula
↳Primer Microscopi Compost
Zacharias Jansen (Holanda).
↬ Va permetre veure estructures invisibles a simple vista i iniciar l’estudi de les cèl·lules.
Robert Hooke
↳Observa suro amb microscopi (~50x).
Detecta petits compartiments i els anomena “cèl·lules”,
perquè li recorden les cel·les d’un monestir.
↬ Publica Micrographia.
Anton van Leeuwenhoek
↳ Millora el microscopi fins a 200x.
↬ Descobreix microorganismes vius (bacteris), als quals anomena animàlculs, en mostres
com la tosca dental.
Robert Brown
↳ Identifica el nucli a les cèl·lules vegetals.
Matthias Schleiden
↳ Conclou que totes les plantes estan formades per cèl·lules
Theodor Schwann (1839)
↳ Afirma que tots els animals també estan formats per cèl·lules.
↳ Amb Schleiden formula la teoria cel·lular inicial:
↪ Tots els éssers vius estan formats per cèl·lules (unitat morfològica).
↪ La cèl·lula és la unitat fisiològica (realitza totes les funcions vitals).
Rudolf Virchow
↳ Afegeix que tota cèl·lula prové d’una altra cèl·lula (Omnis cellula e cellula).
Theodor Boveri i Walter Sutton
↳ Aporten la teoria cromosòmica de l’herència, demostrant que els cromosomes dins la cèl·lula
contenen la informació genètica i la transmeten als descendents. Això consolida la idea de la
cèl·lula com a unitat genètica
3
Concepte de Cèl·lula
↳ La cèl·lula és la unitat més petita amb vida pròpia.
↳ Pot realitzar per si sola les tres funcions vitals:
↪ Nutrició: obtenció i transformació de matèria i energia.
↪ Relació: percepció i resposta als estímuls de l’entorn.
↪ Reproducció: capacitat de formar noves cèl·lules.
↳ Tots els éssers vius estan formats per una o més cèl·lules.
↳ Totes les cèl·lules comparteixen tres components essencials:
↪ Membrana plasmàtica:
↪ Delimita la cèl·lula.
↪ Controla l’entrada i sortida de substàncies.
↪ Citoplasma:
↪ Medi intern on tenen lloc la majoria de reaccions metabòliques.
↪ Conté orgànuls (en eucariotes) o ribosomes (en procariotes).
↪ Material genètic (DNA):
↪ Porta la informació necessària per dirigir les funcions i la reproducció cel·lular.
↳ Aquesta estructura bàsica és comuna a procariotes i eucariotes, malgrat les diferències de
complexitat.
Forma i Mida de les cèl·lules
Diversitat de formes
↳ No existeix una forma única de cèl·lula: gran variabilitat segons el tipus i la funció.
↳ La forma està relacionada amb la funció
↳ Tipus generals segons el seu entorn:​
​
↪ Lliures: poden canviar de forma (ex.: amebes, glòbuls blancs).​
​
↪ Unides: formen teixits i tenen forma més estable.​
​
↪ Amb paret cel·lular: forma més rígida (plantes, fongs, bacteris).
Unitats de Mesura
↳ Les mides s’expressen principalment en:
↪ Micròmetres (µm): 1 mm = 1.000 µm.
↪ Nanòmetres (nm): 1 µm = 1.000 nm.
​
↪ Ångstrom (Å): 1 nm = 10 Å (per distàncies molt petites, com macromolècules).
↳ Massa:
↪ Picograms (pg): massa d’orgànuls.
↪ Daltons (Da): massa de molècules (1 Da = 1,66·10⁻²⁴ g).
​
↪ Svedberg (S): velocitat de sedimentació (ex.: ribosomes 70 S en procariotes).
Per descomptat! T’explico la relació entre la mida, la forma i l’estat de les cèl·lules centrant-nos en
la relació entre la superfície i el volum:
4
Relació Superfície / Volum
↳ La superfície d’una cèl·lula és l’àrea de la seva membrana que està en contacte amb l’entorn.
↳ El volum és la quantitat d’espai que ocupa la cèl·lula (el seu interior).
Com la cèl·lula creix, el seu volum augmenta més ràpidament que la seva superfície.
Capacitat de captació de nutrients:
↪ Els nutrients i l’oxigen entren a la cèl·lula a través de la membrana (superfície).
↪ Si la relació S/VS/VS/V és elevada, hi ha més superfície per unitat de volum cel·lular.
↪ Això permet que la cèl·lula absorbeixi nutrients i elimini residus amb més eficàcia.
Capacitat funcional del nucli:
↪ El nucli controla les funcions de la cèl·lula i la síntesi de macromolècules.
↪ Quan la cèl·lula és massa gran (volum elevat i superfície relativa menor), el nucli té
dificultats per controlar tot el metabolisme.
↪ Per això, les cèl·lules petites o amb alta relació S/VS/VS/V funcionen millor.
Importància de la Forma i l’Estat de les Cèl·lules
↳ Forma
↪ La forma d’una cèl·lula no és sempre regular; pot variar molt seons la seva funció.
↪ Les cèl·lules poden canviar o tenir formes especialitzades
↪ Aquesta variació en la forma serveix per augmentar la superfície de contacte amb
l’entorn sense incrementar proporcionalment el volum de la cèl·lula.
Això significa que una cèl·lula pot maximitzar la seva superfície útil per intercanviar substàncies,
mantenint una relació S/VS/V elevada que li permet ser més eficient metabòlicament.
↳ Estat
↪ L’estat de la cèl·lula (si és jove, en creixement, madura o vella) afecta la relació
superfície/volum.
↪ Les cèl·lules joves o en fase activa de creixement solen tenir una relació S/VS/V alta
perquè són més petites o tenen formes que maximitzen la superfície.
Les cèl·lules grans o velles tenen un volum més gran i amb una superfície més petita en proporció,
disminuint la relació S/VS/V, la qual cosa pot limitar l’eficiència dels processos metabòlics i
d’intercanvi.
5
L’Estructura de les Cèl·lules
Procariotes (Bacteris)
↳ Membrana plasmàtica:
↪ Sense colesterol (a diferència d’eucariotes).
↪ Presenta invaginacions anomenades mesosomes, que tenen funcions en la respiració i
divisió cel·lular.
↪ Coberta gruixuda i rígida anomenada paret bacteriana o cel·lular que protegeix i dóna
forma a la cèl·lula.
↪ Per sobre de la paret, pot tenir una càpsula (revestiment gèl·linós).
↪ Estructures fibril·lars adhesives anomenades fímbriues i apèndixs mòbils com cilis i/o
flagels per a la locomoció.
↳ Citoplasma:
↪ Molt senzill, conté principalment ribosomes.
↪ Ribosomes poden ajuntar-se formant polirribosomes.
↪ Conté inclusions (dipòsits interns).
↪ No hi ha nucli delimitat per membrana.
↳ Material genètic:
↪ Constituit per una única molècula de DNADNA circular, més o menys condensada,
situada en una regió del citoplasma anomenada nucleoide.
↪ Pot contenir petites molècules de DNADNA circulars anomenades plasmidis.
↪ No presenta nuclèols.
Eucariotes
↳ Membrana plasmàtica:
↪ Molt semblant en totes les cèl·lules eucariotes.
↪ Algunes tenen membrana de secreció addicional.
↳ Citoplasma:
↪ Inclou estructures sense membrana com ribosomes, centrosomes, i citoesquelet.
↪ Sistema endomembranós amb RE, Aparell de Golgi, vacúols i lisosomes.
↪ Orgànuls transductors d’energia: mitocondris i cloroplasts.
↳ Nucli:
↪ Membrana nuclear que delimita el nucli.
↪ Nucleoplasma intern.
Cèl·lules vegetals i animals (eucariotes)
↳Semblances
↪ Totes dues tenen membrana plasmàtica que regula l’intercanvi de substàncies.
↪ Presenten nucli amb cromosomes de DNADNADNA organitzats en nuclis ben definits.
↪ Contenen ribosomes i orgànuls envoltats de membrana com l’aparell de Golgi, reticle
endoplasmàtic, mitocondris, i lisosomes.
↪ Disposen de citoesquelet per mantenir la forma i facilitar el moviment intern.
6
↳Diferències
Cèl·lula Vegetal
↪ Paret cel·lular/vegetal + Membrana
Plasmàtica
↪ Un o + vacúols grans que acumulen aigua i
altres.
↪ Cloroplast per la fotosíntesi
Cèl·lula Animal
↪ Només Membrana Plasmàtica
↪ Petits Vacúols
↪ Centrosomes i centríols importants per la
divisió cel·lular
↪ Tenen lisosomes que actuen en la digestió
intercel·lular
Cèl·lula Animal
↳ Membrana plasmàtica → Delimita la cèl·lula i separa el seu interior de l’entorn exterior.
↪ Permet intercanvi de substàncies (nutrients, residus, ions).
↪ Pot estar envoltada d’una matriu extracel·lular composta per mucopolisacàrids, que
proporciona suport estructural i facilita la secreció de substàncies.
↳ Nucli →Localització habitualment central.
↪ Conté el material genètic (ADN), que dirigeix les activitats de la cèl·lula.
↪ Controla la reproducció cel·lular i la síntesi de proteïnes.
↳ Vacúols → Petits orgànuls d’emmagatzematge i transport intracel·lular.
↪ A diferència de la cèl·lula vegetal, no són grans.
↪ Poden contenir nutrients, residus o altres substàncies temporals.
↳ Centrosoma i centríols → Conté un diplosoma, format per dos centríols disposats
perpendicularment.
↪ És fonamental per a la formació del fus mitòtic durant la divisió cel·lular.
↪ Participa en l’organització del citolasma i els microtúbuls.
↳ Cilis, Flagels i Pseudòpodes →Estructures de moviment.
↪ Cilis: petits i nombrosos, permeten desplaçar substàncies sobre la superfície de la
cèl·lula.
↪ Flagels: més llargs i solitaris, permeten el desplaçament de la cèl·lula.
↪ Pseudòpodes: extensions temporals del citoplasma, permeten desplaçament i captura
d’aliments (fagocitosi).
↳ Lisosomes→ Orgànuls responsables de la digestió intracel·lular.
↪ Contenen enzims capaços de degradar macromolècules com proteïnes, carbohidrats i
lípids.
↪ Actuen també en l’eliminació de cèl·lules mortes o parts cel·lulars defectuoses.
↳ Reserva energètica →Polisacàrid: Glicogen.
↪ Funció: emmagatzemar energia química que la cèl·lula pot utilitzar quan cal.
↪ El glicogen és una cadena de molècules de glucosa unides.
↪ Quan cal energia, es descompon en glucosa i després en ATP, la “moneda energètica” de
la cèl·lula.
7
Cèl·lula Vegetal
↳ Paret cel·lular→ Composta principalment de cel·lulosa, gruixuda i rígida.
→Dóna forma, suport i protecció a la cèl·lula.
↪ Permet mantenir la pressió interna de l’aigua i resistir tensions mecàniques.
↳ Membrana plasmàtica → Localitzada just a l’interior de la paret cel·lular.
↪ Controla l’intercanvi de substàncies amb l’entorn.
↪ Manté l’homeòstasi cel·lular.
↳ Vacúol central → Gran i únic a la majoria de cèl·lules vegetals.
↪ Emmagatzema aigua, ions i nutrients.
↪ Manté la turgència de la cèl·lula, permetent que la planta es mantingui dreta.
↪ Pot contenir residus i altres substàncies de reserva.
↪ Desplaça el nucli cap a un costat de la cèl·lula.
↳ Nucli → Generalment situat prop de la membrana, desplaçat pel vacúol central.
↪ Conté l’ADN i controla totes les activitats de la cèl·lula, inclosa la reproducció i síntesi de
proteïnes.
↳ Cloroplasts → Orgànuls amb clorofil·la, responsables de la fotosíntesi.
↪ Converteixen energia solar en glucosa, que després es pot emmagatzemar com a midó.
↪ Permeten a la planta produir la seva pròpia energia.
↳ Amiloplasts → Plasts especialitzats en emmagatzematge de midó (polisacàrid de reserva energètica).
↪ No tenen clorofil·la i no participen en fotosíntesi.
↳ Mitocondris → Orgànuls que generen ATP a partir de la glucosa i altres nutrients.
↪ Proporcionen energia per a totes les activitats cel·lulars.
↳ Reticle endoplasmàtic →Xarxa de membranes que transporta i sintetitza proteïnes i lípids.
↪ Es divideix en:
↬ RER (rugós): amb ribosomes, síntesi de proteïnes.
↪ Té ribosomes fixats a la seva superfície, que li donen l’aspecte “rugós”.
↪ Funció principal: síntesi de proteïnes destinades a:
↬ Ser exportades fora de la cèl·lula.
↬ Ser incorporades a la membrana plasmàtica.
↬ Ser enviades a lisosomes.
↪ Les proteïnes produïdes al RER passen després a l’Aparell de Golgi per a
modificació i distribució.
↬ REL (llis): síntesi de lípids i detoxificació.
↪ Sense ribosomes a la superfície, d’aspecte llis.
↪ Funcions principals:
↬ Síntesi de lípids, incloent fosfolípids i hormones esteroides.
↬ Detoxificació de substàncies tòxiques (per exemple, a les
cèl·lules hepàtiques).
↬ Emmagatzematge i metabolisme de calci, especialment
important en cèl·lules musculals.
↳ Aparell de Golgi → Modifica, empaqueta i distribueix proteïnes i altres molècules.
↪ Forma vesícules de secreció i pèrdues de residus.
8
Mètodes d’estudi de les cèl·lules
Microscopi Òptic (MO)
↳ Augments: Entre 25× i 1.500×
↪ Càlcul: Nº d’augments = augments de l’ocular × augments de l’objectiu
↳ Resolució: ≃ 0,2 μm (capacitat de distingir dos punts molt pròxims)
↳ Mostres
↪ Han de ser molt fines perquè els rajos de llum travessin la mostra.
↪ Sòlides, vives o incolores → requereixen tinció.
↳ Permet observar: cèl·lules i molts orgànuls, però no ribosomes ni detalls de membrana.
↳ Avantatge: Permet estudiar estructures vives.
Microscopi Electrònic (ME)
Els microscopis electrònics utilitzen electrons en lloc de llum visible per formar la imatge.
Com que els electrons tenen una longitud d’ona molt menor que la llum, el poder de resolució és
molt superior
Microscopi electrònic de transmissió (MET)
↳ Com Funciona
​
↪ Els electrons travessen una mostra molt fina
↪ Els electrons que passen per zones diferents de la mostra canvien d’intensitat segons la
densitat del material.
↪ Aquesta variació d’intensitat es converteix en una imatge en blanc i negre 2D a través
d’una pantalla fluorescent o un detector.
↳ Mostres
↪ Han de ser extremadament fines, deshidratades i tenyides amb metalls pesants (per
exemple, urani o plom) ↬ per absorbir electrons i crear contrast.
↳ Observacions
↪ Permet veure ultraestructura cel·lular, com ribosomes, mitocondris, la doble capa
lipídica de la membrana o complexes proteics.
↪ No permet veure cèl·lules vives.
9
Microscopi Electrònic de Rasterig(MER)
↳ Com Funciona
↪ Els electrons no travessen la mostra, sinó que impacten sobre la superfície i es dispersen
o “rastrejen”.
↪ Els electrons dispersos són captats per un detector i convertits en una imatge 3D de la
superfície.
↳ Mostres:
↪ Han de ser deshidratades i recobertes amb una capa conductora, normalment d’or o
platí, per evitar que els electrons es carreguin sobre la mostra.
↳ Aplicació:
↪ Permet observar la forma, textura i organització superficial de cèl·lules, teixits o
materials.
↪ Ideal per estudiar relleu, cilis, flagels o altres estructures externes.
10
Augments i resolució
↳ Augments (MA / MR)
↪ Relació entre mida aparent (MA) i mida real (MR)
↪ En microscopi òptic: augment total = ocular × objectiu
↳ Poder de resolució
↪ Capacitat de distingir dos punts molt pròxims.
↪ Relacionat amb l’obertura numèrica (nombre de rajos de llum que incideixen sobre la
mostra) ↬ Més rajos → imatge més clara → millor resolució
↳ Limitat per longitud d’ona de la llum (360–760 nm)
↪ MO: màxim ≃ 1.200× amb bona resolució
↪ ME: flux d’electrons més fi → fins a 1.000.000× amb alta resolució
11