Micrografia al microscopi de rastreig de cèl·lules del bacteri Escherichia coli.

Una cèl·lula (del llatí cellula, diminutiu de cella, "petita cambra") és la unitat morfològica i funcional de tot ésser viu. De fet, la cèl·lula és l'element de menor mida que es pot considerar vivent.[1] D'aquesta manera, es poden classificar els organismes vivents segons el nombre de cèl·lules que posseeixin: si només en tenen una, són unicel·lulars (com per exemple els protozous o els bacteris, organismes microscòpics); si en tenen més, són pluricel·lulars. En aquests últims, el nombre de cèl·lules és variable: va d'alguns centenars, com en alguns nematodes, a centenars de bilions (1014), com en el cas de l'ésser humà. Les cèl·lules solen tenir una mida de 10 Âµm i una massa d'1 ng, tot i que n'hi ha de molt més grans.

La teoria cel·lular, proposada el 1839 per Matthias Jakob Schleiden i Theodor Schwann, postula que tots els organismes es componen de cèl·lules, i que totes les cèl·lules deriven d'altres precedents. Així doncs, totes les funcions vitals provenen de la maquinària cel·lular i de la interacció entre cèl·lules adjacents; a més, la conservació de la informació genètica, base de l'herència a l'ADN permet transmetre-la de generació en generació.[2]

Taula de continguts

L'aparició del primer organisme vivent a la Terra se sol associar al naixement de la primera cèl·lula. Tot i que existeixen moltes hipòtesis sobre com passà, generalment es diu que el procés s'inicià gràcies a la transformació de molècules inorgàniques en orgàniques en unes condicions ambientals adients; després d'això, aquestes biomolècules s'associaren, creant entitats complexes capaces d'autoreplicar-se. Existeixen proves fòssils de possibles estructures cel·lulars en roques datades d'entre fa 4.000 i 3.500 milions d'anys.[3][4] Les proves de la presència de vida basades en desviacions de proporcions isotòpiques són anteriors, com s'ha observat en material del cinturó supracortical d'Isua, de fa 3.850 milions d'anys.[5][4]

Existeixen dos grans tipus de cèl·lula: les procariotes (que inclouen les cèl·lules dels arqueobacteris i els eubacteris), i les eucariotes (dividides tradicionalment en animals i vegetals, tot i que també inclouen els fongs i protists, que també tenen cèl·lules amb propietats característiques).

edita Història i teoria cel·lular

La història de la biologia cel·lular ha estat lligada al progrés tecnològic que en permetés l'estudi. Així doncs, les primeres observacions de la seva morfologia començaren amb la popularització del microscopis rudimentaris de lents compostes al segle XVII, foren suplementades amb diverses tècniques histològiques per microscòpia òptica als segles XIX i XX, i assoleix un nivell de resolució superior mitjançant els estudis de microscòpia electrònica, de fluorescencia, i confocal, entre altres, ja al segle XX. El desenvolupament d'eines moleculars basades en la manipulació d'àcids nucleics i enzims permeteren una anàlisi més exhaustiva al llarg del segle XX.[6]

edita Descobriment

Robert Hooke, que encunyà el terme "cèl·lula".

Les primeres aproximacions a l'estudi de la cèl·lula tingueren lloc al segle XVII;[7] després de l'aparició a finals del segle XVI dels primers microscopis.[8] Aquests instruments permeteren efectuar nombroses observacions que, en a penes dos-cents anys, portaren a un coneixement morfològic relativament acceptable. Aquesta és una breu cronologia d'aquests descobriments:

  • 1665: Robert Hooke publicà els resultats de les seves observacions sobre teixits vegetals, com el suro, realitzades amb un microscopi de cinquanta augments construït per ell mateix. Aquest investigador fou el primer que, en veure en aquests teixits unitats que es repetien de manera similar a les cel·les dels nius d'abella, les denominà com elements de repetició, "cèl·lules". Tanmateix, Hooke només pogué observar cèl·lules mortes, de manera que no pogué descriure les estructures del seu interior.[9]
  • Dècada del 1670: Leeuwenhoek observà diverses cèl·lules eucariotes (com ara protozous i espermatozous) i procariotes (bacteris).
  • 1745: Needham descrigué la presència d'«animàlculs» o «infusoris»; es tractava d'organismes unicel·lulars.
Dibuix de l'estructura del suro observat por Robert Hooke al seu microscopi i tal como apareix publicat a Micrographia

edita Teoria cel·lular

Article principal: Teoria cel·lular

El concepte de cèl·lula com a unitat anatòmica i funcional dels organismes sorgí entre els anys 1830 i 1880, tot i que fou al segle XVII quan Robert Hooke en descrigué per primer cop l'existència, en observar en una preparació vegetal la presència d'una estructura organitzada que derivava de l'arquitectura de les parets cel·lulars vegetals. El 1830 ja es disposava de microscopis amb una òptica més avançada, cosa que permeté a investigador com Theodor Schwann i Mattias Schleiden definir els postulats de la teoria cel·lular, que, entre altres coses, afirma:

  • Que la cèl·lula és una unitat morfològica de tot ésser viu; és a dir, que en els éssers vius tot està format per cèl·lules o pels seus productes de secreció.
  • Aquest primer postulat seria completat per Rudolf Virchow, amb l'afirmació Omnis cellula ex cellula, que indica que tota cèl·lula deriva d'una cèl·lula precedent (biogènesi). En altres paraules, aquest postulat representa el rebuig de la teoria de generació espontània o ex novo, que hipotetitzava la possibilitat que es generés vida a partir d'elements inanimats.[11]
  • Un tercer postulat de la teoria cel·lular indica que les funcions vitals dels organismes tenen lloc o bé dins de les cèl·lules, o en el seu entorn immediat, i que són controlades per substàncies que elles secreten. Cada cèl·lula és un sistema oberta que intercanvia materia i energia amb el seu ambient. En una cèl·lula tenen lloc totes les funcions vitals, de manera que una d'elles és suficient per formar un ésser viu (que serà un organisme unicel·lular). Així doncs, la cèl·lula és la unitat fisiològica de la vida.
  • Finalment, el quart postulat de la teoria cel·lular expressa que cada cèl·lula conté tota la informació hereditària necessària pel control del seu propi cicle i el desenvolupament i funcionament d'un organisme de la seva espècie, així com per la transmissió d'aquesta informació a la següent generació cel·lular.[12]

edita Definició

Es pot definir la cèl·lula com la unitat morfològica i funcional de tot ésser viu. De fet, la cèl·lula és l'element més petit que es pot considerar viu. Com a tal, posseeix una membrana de fosfolípids amb permeabilitat selectiva que manté un medi intern altament ordenat i diferenciat del medi extern en la seva composició, que es troba sota un control homeostàtic, que consisteix en biomolècules i alguns metalls i electròlits. L'estructura s'automanté de manera activa mitjançant el metabolisme, assegurant-se la coordinació de tots els elements cel·lulars i la seva perpetuació per replicació a través d'un genoma codificat per àcids nucleics. La part de la biologia que s'ocupa de les cèl·lules és la citologia.

edita Estudi de les cèl·lules

Els biòlegs utilitzen diversos instruments per estudiar les cèl·lules. Obtenen informació de les seves formes, mides i components, que els serveix per comprendre també les funcions que hi tenen lloc. Des de les primeres observacions de cèl·lules, fa més de tres segles, fins l'època actual, les tècniques i els aparells s'han anat perfeccionant, originant un nou camp de la biologia: la microscòpia. Tenint en compte la mida petita de la gran majoria de les cèl·lules, l'ús del microscopi és d'enorme valor en la investigació biològica. En l'actualitat, els biòlegs utilitzen dos tipus bàsics de microscopi: els òptics i els electrònics.

edita Característiques

Les cèl·lules, com a sistemes termodinàmics complexos, posseeixen una sèrie d'elements estructurals i funcionals comuns que en possibiliten la supervivència; tanmateix, els diferents tipus de cèl·lula presenten modificacions d'aquestes característiques comunes que en permeten l'especialització funcional i, així doncs, un guany en complexitat.[13] D'aquesta manera, les cèl·lules romanen altament organitzades a expenses d'incrementar l'entropia del seu entorn, un dels requisits de la vida.[14]

edita Característiques estructurals

L'existència de polímers com la cel·lulosa a la paret vegetal permet sostenir l'estructura cel·lular utilitzant una carcassa externa.

edita Característiques funcionals

Els enzims, un tipus de proteïnes implicades en el metabolisme cel·lular.

Les cèl·lules vives són un complex sistema bioquímic. Les característiques que permeten distingir les cèl·lules dels sistemes químics no vivents són:

  • Nutrició: les cèl·lules agafen substàncies de l'ambient, les transformen en altres substàncies, alliberen energia i eliminen productes de refús mitjançant el metabolisme.
  • Creixement i multiplicació: Les cèl·lules són capaces de dirigir la seva pròpia síntesi. A conseqüència dels processos nutricionals, una cèl·lula creix i es divideix, formant dues cèl·lules, idèntiques a la cèl·lula original, mitjançant la divisió cel·lular.
  • Diferenciació: Moltes cèl·lules poden sofrir canvis de forma o funció en un procés anomenat diferenciació cel·lular. Quan una cèl·lula es diferencia, s'hi formen substàncies o estructures que anteriorment no hi eren, i altres que sí que hi eren deixen de formar-se. La diferenciació forma sovint part del cicle cel·lular, en què les cèl·lules formen estructures especialitzades relacionades amb la reproducció, la dispersió o la supervivència.
  • Senyalització: Les cèl·lules responen a estímuls químics i físics tant del medi extern com del seu interior i, en el cas de les cèl·lules mòbils, cap a determinats estímuls ambientals o en direcció oposada mitjançant un procés anomenat síntesi. A més, sovint les cèl·lules poden interactuar o comunicar-se amb altres cèl·lules, generalment per mitjà de senyals o missatgers químics, com ara hormones, neurotransmissors, factors de creixement, etc. En els éssers pluricel·lulars hi ha complicats processos de comunicació cel·lular i transducció de senyals.
  • Evolució: A diferència de les estructures inanimades, els organismes unicel·lulars i pluricel·lulars evolucionen. Això significa que hi ha canvis hereditaris (que tenen lloc a baixa freqüència en totes les cèl·lules de manera regular) que poden influir en l'adaptació global de la cèl·lula o de l'organisme superior de manera positiva o negativa. El resultat de l'evolució és la selecció d'aquells organismes més ben adaptats a viure en un medi particular.

Les propietats cel·lulars no tenen per què ser constants al llarg del desenvolupament d'un organisme; evidentment, el patró d'expressió dels gens varia en resposta a estímuls externs, a més de factors endògens.[16] Un aspecte important és la pluripotencialitat, característica d'algunes cèl·lules que els permet dirigir el seu desenvolupament vers una varietat de possibles tipus de cèl·lula. En els metazous, la genètica subjacent a la determinació del destí d'una cèl·lula consisteix en l'expressió de determinats factors de transcripció específics del llinatge cel·lular al qual pertanyerà, així com a modificacions epigenètiques. A més, la introducció d'un altre tipus de factors de transcripció mitjançant enginyeria genètica en cèl·lules somàtiques és suficient per a induir aquesta pluripotencialitat, de manera que aquest és un dels seus fonaments moleculars.[17]

edita Mida, forma i funció

Comparativa de mida entre neutròfils, cèl·lules sanguínies eucariotes (de mida més gran), i bacteris Bacillus anthracis, procariotes (de mida menor, amb forma de bastó).

La mida i la forma de les cèl·lules depèn dels seus elements més perifèrics (per exemple, la paret, si n'hi ha) i de la seva carcassa interna (és a dir, el citosquelet). A més, la competència per l'espai tissular provoca una morfologia característica; per exemple, les cèl·lules vegetals, polièdriques in vivo, tendeixen a ser esfèriques in vitro.[18] Fins i tot poden existir paràmetres químics senzills, com els gradients de concentració d'una sal, que determinin l'aparició d'una forma complexa.[19]

Quant a la mida, la majoria de les cèl·lules són microscòpiques, és a dir, no són observables a simple vista. Tot i ser molt petites (un mil·límetre cúbic de sang pot contenir uns cinc milions de cèl·lules),[13] la mida de les cèl·lules és extremament variable. La cèl·lula més petita observada, en condicions normals, és la de Mycoplasma genitalium, de 0,2 μm, situada a prop del límit teòric de 0,17 μm.[20] Existeixen bacteris d'1 o 2 μm de longitud. Les cèl·lules humanes són molt variables: hematies de 7 micres, hepatòcits de 20 micres, espermatozous de 53 μm, òvuls de 150 μm i, fins i tot, algunes neurones de fins a un metre. En les cèl·lules vegetals, els grans de pol·len poden arribar a mesurar entre 200 i 300 μm, i alguns ous d'ocells poden arribar a mesurar entre 1 (guatlla) i 13 cm (estruç) de diàmetre. Per la viabilitat de la cèl·lula i el seu funcionament correcte, sempre cal tenir en compte la relació superfície-volum.[14] Pot augmentar considerablement el volum de la cèl·lula sense que augmenti la superfície d'intercanvi de la membrana, cosa que dificultaria el nivell i la regulació dels intercanvis de substàncies vitals per la cèl·lula. A través d'un mecanisme d'osmosi, la cèl·lula pot fer créixer el seu volum exponencialment. Aquest fet es dóna quan el medi extern és hipertònic en comparació amb el medi intern de la cèl·lula, i si la diferencia és molt gran, la cèl·lula pot anar creixent fins morir per una turgència excessiva. Tanmateix, aquest fet no es produeix en les cèl·lules vegetals gràcies a les paret cel·lular que en limiten la mida.

Quant a la forma, les cèl·lules presenten una gran variabilitat i, fins i tot, algunes no tenen una forma ben definida o permanent. Poden ser: fusiformes (en forma de fus), estelades, prismàtiques, aplanades, el·líptiques, globoses o arrodonides, etc. Algunes tenen una paret rígida i altres no, cosa que els permet deformar la membrana i emetre prolongacions citoplasmàtiques (pseudopodis) per desplaçar-se o aconseguir aliment. Hi ha cèl·lules lliures que no presenten aquestes estructures de desplaçament però que posseeixen cilis o flagels, que són estructures derivades d'un orgànul cel·lular (el centrosoma) que doten aquestes cèl·lules de moviment.[1] Així doncs, existeixen múltiples tipus de cèl·lula, relacionats amb la funció que duen a terme; per exemple:

  • Cèl·lules contràctils que solen ser allargades, com ara les fibres musculars.
  • Cèl·lules amb fines prolongacions, com les neurones, que transmeten els impulsos nerviosos.
  • Cèl·lules amb microvellositats o amb plecs, com les de l'intestí, per ampliar la superfície de contacte i d'intercanvi de substàncies.
  • Cèl·lules cúbiques, prismàtiques o aplanades, com les epitelials, que cobreixen superfícies com les lloses d'un paviment.
 L'article necessita algunes millores en el seu format. (Col·laboreu!)
Pot necessitar retocs en negretes, enllaços, capçaleres, imatges, categories, interviquis ...

FISIOLOGIA CEL•LULAR BÀSICA:


Per a que una cèl·lula sigui capaç de dur a terme el metabolisme necessita aliments, energia i biocatalitzadors:

1) Obtenció i utilització de biocatalitzadors: Segons és la obtenció dels aliments hi distingim dos tipus diferents d’essers; hi ha els essers autòtrofs i els essers heteròtrofs. • Un esser autòtrof és aquell esser que és capaç de fabricar el seu propi aliment i per tant no necessita obtenir-lo a través d’altres essers; és a dir que a partir de Principis Immediats Inorgànics es capaç de sintetitzar Principis Immediats Orgànics. Aquests essers son els vegetals; les biomolècules inorgàniques utilitzades per a obtenir les biomolècules orgàniques son el CO2, l’H2O i les sals minerals.

• Els essers heteròtrofs som aquells essers que tenim que aconseguir l’aliment que es fabricat per les plantes, que com és lògic se’l fabriquen per a elles mateixes, per a poder-nos alimentar, es a dir que no som pas capaços de fabricar el nostre aliment sinó que l’hem d’obtenir d’algun altre animal que s’ha menjat una planta o d’una planta directament.

Si agaféssim una planta (un vegetal), veuríem que en el sòl que hi ha, trobaríem l’H2O, amb les sals minerals dissoltes. Aquestes sals dissoltes en l’H2O, son absorbides per la planta i pugen des de les arrels fins a les fulles on s’usaran per a produir aliments. La planta a partir d’H2O, sals minerals, llum solar i CO2 atmosfèric, obtindrà els aliments. La clorofil·la és un pigment de color verd el qual transforma l’energia lumínica del sol a energia química necessària per a du a terme la fotosíntesis. Gracies a la energia química transformada per la clorofil·la i provinent del sol, els àtoms de les sals minerals, l’H2O i el CO2 podran ser reorganitzats per tal de formar nous Principis Immediats Orgànics.


Una planta si té llum esta fen sempre fotosíntesis, per a fer correctament la fotosíntesis, per a dur a terme correctament aquesta reacció la planta necessita CO2, H2O, sals minerals i energia química. Partint de tot això la planta sintetitzarà C6H12O6, lípids i proteïnes. A partir de la glucosa en sortiran tots els altres glúcids ja que hi ha molts més. Això simplement son els aliments però també cal destacar el O2 que és desprès en la reacció. La energia lumínica transformada per la clorofil·la en química, ara esta emmagatzemada en els enllaços químics dels aliments; per això podem dir que els aliments son rics en energia. Aleshores els animals el que tenen que fer és agafar el aliment directament de les plantes o bé d’un altre animal que ja s’ha menjat una planta. Els animals i les plantes precisem exactament els mateixos aliments i els utilitzem d’una manera pràcticament idèntica. Per això el metabolisme d’una cèl·lula animal i d’una cèl·lula vegetal son tant semblants. La diferencia bàsica entre un animal i una planta és la manera que té d’obtenir el seu aliment. CICLE TRÒFIC: • El cicle tròfic és aquell cicle que ens explica com es va reciclant la matèria i l’energia en un ecosistema.

• Un ecosistema és el conjunt fet per un medi en concret, els essers vius que hi habiten i les relacions que s’estableixen entre uns essers vius i uns altres.

• El medi és simplement la matèria immediata que ens toca; hi ha el medi aeri i el medi aquàtic; és a dir o vius en l’H2O o en l’aire.

• El ambient és una zona geogràfica concreta, amb unes característiques també concretes. En un ecosistema la matèria es recicla; és a dir no cal afegir-ne de nova, però no passa el mateix amb la energia, ja que es perd per irradiació a l’espai i per tant cal afegir-ne de nova continuadament. En les estrelles massives (7M-40M), quan l’estrella està en equilibri s’estan fusionant contínuament àtoms d’H, formant He, Li, Be, B, C, N, O, F, N,... fins al Ni, però en els estrelles massives quan comença a haver-hi una insuficiència d’àtoms es dóna un col·lapse i la estrella fa una supernova, en aquesta supernova s’hi formaran tots els àtoms de la taula periòdica fins a l’U92. Tots aquests àtoms de la supernova formen la pols còsmica. Tota aquesta pols còsmica es posa en orbita al voltant de les estrelles i forma els planetes, així es com va aparèixer la Terra. La Terra està formada per roques, les quals estan formades per àtoms els quals van ser formats en les estrelles (i el H en el Big bang). Les reques, per la erosió donen el sòl i el formen les sals minerals, formades per àtoms d’origen estel·lar. Gracies a les sals minerals, l’H2O, l’energia i el CO2, les plantes poden sintetitzar els principis immediats orgànics; ja que son els únics essers capaços de fer-ho; per tant diem que son essers productors. Els aliments estan formats per matèria i energia. Un esser és un esser fitòfag quan obté l’aliment produït per les plantes directament de les plantes; per tant podem dir que és un consumidor primari, per tant aquest animal fitòfag quan es menja una planta el que s’està menjant és la matèria i la energia que forma l’aliment, recordem que l’energia s’emmagatzema en els enllaços químics. Com ja hem dit els essers vius perdem energia continuadament irradiada a l’espai, de tal forma que l’hem d’obtenir, també, a mesura que l’anem perdent. Ara el fitòfag serà menjat per un esser carnívor; és a dir per un consumidor secundari. Ara quan es mor un esser viu, es quan apareixen els essers descomponedors que s’encarreguen de transformar les biomolècules orgàniques a biomolècules inorgàniques altra vegada; es a dir de l’aliment en fan CO2, H2O i sals minerals. En el cicle tròfic la matèria i els àtoms es van reciclant contínuament; en canvi l’energia continguda en els aliments es va perdent irradiada a l’espai.


  2) Obtenció d’energia:

En un esser viu hi ha milers de reaccions metabòliques. Si per exemple anéssim a una reacció qualsevol, per exemple la nº125, suposem que aquesta reacció te com a productes A i B, que son biomolècules, per tant és una reacció de síntesi. Com ja sabem totes les reaccions necessiten energia química, aleshores si li posem aquesta energia en aquests productes ( i com ja sabem el biocatalitzador) obtindríem el producte AB. La energia química present en totes les reaccions metabòliques te un origen solar. Aquesta energia química està emmagatzemada en totes les biomolècules orgàniques que han sintetitzat els vegetals. Aquesta energia un cop extreta de les biomolècules seguirà sent igualment química tot i que abans era lumínica, però va ser transformada per la clorofil·la a química. Aquesta energia química és imprescindible per al bon i correcte funcionament del metabolisme cel·lular. Si agaféssim una cèl·lula, els orgànuls encarregats de la producció d’energia, més ben dit d’extreure l’energia dels enllaços de C6H12O6 i altres biomolècules, son els mitocondris. El promig de mitocondris en una cèl·lula és entre 20 o 30; però no és res més que un promig, per què el nombre de mitocondris d’una cèl·lula depèn de l’activitat d’aquesta cèl·lula, és a dir: Com més activa sigui una cèl·lula més mitocondris tindrà, per exemple les neurones en tenen molts més que els adipòcits, ja que els adipòcits l’únic que tenen que fer és emmagatzemar greix, mentre que les neurones tenen que treballar molt. Les fibres musculars també en tenen forces encara que no tants com les neurones ja que aquestes tenen que treballar contínuament. Últimament s’ha observat que a vegades en casos molt aïllats les neurones es poden reproduir en persones adultes, però no se sap que és el que motiva aquesta acció. Actualment s’està investigant. Normalment els mitocondris tenen una forma cilíndrica encara que n’hi ha de diferents formes, però la majoria son cilíndrics. Per a poder veure tal com és un mitocondri per dins cal congelar-lo i tallar-lo amb un micròtom, com és lògic no es congela un sol mitocondri i no que se’n congela normalment un teixit, teixit hepàtic per exemple ja que es una zona bastant activa, el fetge. Si agaféssim un mitocondri podríem veure que te dues membranes; una interna i una altre d’externa. Entre les dues membranes hi ha H2O. A la membrana interna se li fan una sèrie de replecs els quals anomenem crestes, entre cresta i cresta hi ha H2O més proteïnes, aquest espai és anomenat matriu. A una cèl·lula contínuament li estan entrant aliments (glúcids, lípids , proteïnes,..) , 24h al dia a totes les cèl·lules. Aquests aliments tots tenen energia en els seus enllaços químics. Per exemple la C6H12O6 que és la molècula de la qual treiem normalment la energia. La C6H12O6 entra en un mitocondri, també hi entra l’O2, de tal forma que reacciona amb la C6H12O6 i la occida, la trenca i després d’una sèrie de complicades reaccions deixa CO2, H2O i energia química útil per al metabolisme, per això unes 13 vegades per minut traiem CO2 del nostre organisme, provinent de les nostres cèl·lules expirant. La respiració cel·lular aeròbia. Aquesta respiració és aquella que utilitza O2 per a l’obtenció d’energia. És la més comuna. C6H12O6 + 6O2  6CO2 + 6H2O + energia

No és una sola reacció, sinó que n’hi ha moltes d’entremitges. La C6H12O6 és útil per a l’obtenció d’energia ja que la seva energia és fàcil de treure, ja que per exemple els lípids en tenen molta més, però els lípids son d’una oxidació molt lenta. La respiració anaeròbia: Aquesta respiració és aquella que prescindeix de l’O2, no és la més comuna en la vida, només la fan alguns bacteris i alguns fongs, també les fibres musculars entre d’altres. Amb aquest tipus de respiració no s’obté molta energia. S’utilitza la C6H12O6 i algun altre element, i es deixa anar catabòlit i CO2. El llevat Saccharomiles sp. N’és un exemple. En les fibres musculars també es dóna, i com a catabòlit hi ha l’àcid làctic, que es cristal·litza i forma les anomenades agulletes. Mort per inanició: La mort per inanició és la mort per no menjar. Si un esser humà no menja durant unes 24 hores no passa res ja que en el fetge hi tenim suficient C6H12O6 emmagatzemada per anar oxidant durant aquest temps, però si s’està més de 24 hores sense menjar aleshores el nostre cos començarà a oxidar greixos, de tal manera que es podrà sobreviure durant uns quants dies o fins i tot alguna setmana, tot i que depèn del greix acumulat en cada persona. Després de consumir el greix es comença a consumir les proteïnes, és a dir els músculs, que ja és arribar a un extrem del qual la persona en qüestió segurament no se’n sortiria.



3) Obtenció de Biocatalitzadors:

Un Biocatalitzador és un producte químic que amb la seva presencia permet que es duguin a terme les reaccions bioquímiques. Els enzims son biocatalitzadors específics; és a dir cada reacció química que el seu enzim característic. Les hormones i les vitamines també son biocatalitzadors. Els enzims sempre son proteïnes. El metabolisme cel·lular es dóna en el citoplasma. Si anéssim a la reacció nº125; dels mitocondris en ve la energia, i ja tenim els productes, per exemple A i B, ara només necessitem l’enzim que en la seva presencia fa possible la reacció nº125. Anem al nucli de la cèl·lula. Un cromosoma està format per dues cadenes d’ADN; és a dir una molècula d’ADN. Les cadenes d’ADN no es toquen, tot i que estan unides per ponts d’H, per això mateix no ho fan. Cada espècie te un determinat nombre de cromosomes, els humans en tenim 46 en les cèl·lules 2n. Això significa que qualsevulla cèl·lula humana de qualsevulla part d’un humà tindrà 46 cromosomes, ara bé exceptuant els síndromes genètics. Els gats per exemple tenen 38 cromosomes, mentre que els cavalls en tenen 66, un ximpanzé en té 48,... Els cromosomes estan dividits en fragments, és a dir: estan fragmentats. Cada fragment d’ADN en què esta dividit el cromosoma és un gen; per tant: Un gen és un fragment d’ADN, però, que implica l’aparició d’un caràcter físic concret. Cada gen duu informació sobre un caràcter físic concret. En una cèl·lula humana, aproximadament, hi ha uns 25 000 gens. El promig és d’uns 600 gens per cada cromosoma, però tansols és un promig. Si anem al gen nº125, veuríem que el gen ordena que se sintetitzi una molècula d’ARNm , concretament la molècula d’ARNm nº125. Ara l’ARNm nº125 se n’anirà al citoplasma i es trobarà amb un ribosoma que el recorrerà per tal de llegir el codi genètic de l’ARNm nº125 i anar sintetitzant una proteïna; la proteïna nº125. Aquestes proteïnes poden ser un enzim o no. Aquesta ho és, ja que és el més comú, concretament és l’enzim nº125. Ara aquest enzim anirà a la reacció nº125 per tal que es pugui donar. Ara obtindrem el producte nº125. Aquest producte nº125 donarà l’aparició del caràcter nº125. Relació gens evolució: La evolució és el fenomen pel qual els essers vius experimenten petits canvis genètics (mutacions) acumulatius, que al cap d’un període de temps molt llar, provoquen l’aparició de canvis suficientment importants com per donar origen a una nova espècie. Anem a un gen i agafem el gen A, que dóna informació sobre el caràcter A i en provoca la seva aparició. Si combinem, si mutem el gen ja no sortirà el caràcter A, perquè la informació escrita en el gen ha canviat, de manera que farà un nou enzim que provocarà l’aparició d’un nou caràcter físic en lloc de l’antic. La evolució es basa en els canvis genètics. La selecció natural: El medi el que fa és triar els essers vius que tenen una carrega genètica suficientment bona com per a sobreviure-hi. EXEMPLE: Si tenim una zona a 20ºC de mitjana, i hi vivien uns essers. En concret, en aquella espècie, n’hi ha de molt peluts, que tenen pèl però no molt, i que no en tenen gens; a 20ºC tots sobreviuen perfectament, però imaginem que ve una glaciació i que la temperatura mitjana baixa dels 20ºC als -6ºC, aleshores, els que no tenien gens de pèl moririen, però mai els hi sortiria més pèl, mai, mentre que els que en tenien molt estarien molt més ben adaptats al medi, el qual a canviat i per tant podrien sobreviure perfectament. La espècie ha tingut un canvi genètic. Els essers vius no ens adaptem a l’ambient. EXEMPLE: Biston betularia, papallona de bedoll: El bedoll te el tronc de color gris amb piquets negres, això és molt útil per a la Biston betularia ja que la majoria son de color gris clar am piquets negres i s’hi poden camuflar molt bé. La majoria de Biston betularia son grises amb piquets negres, però n’hi ha de negres, poques. N’hi havia poques perque en el bedoll es camuflaven molt malament i eren una presa més fàcil per als depredadors, ara bé, a Anglaterra va venir la revolució industrial i amb tota la industria del carbó els bedolls varen quedar negres de manera que les Biston betularia grises amb piquets negres es varen convertir en la presa fàcil i les Biston betularia negres s’hi camuflaven molt bé, per tant les que en aquella zona on els arbres havien quedat negres per la contaminació del carbó les Biston betularia eren les més abundants. D’aquesta historia en podem treure una conclusió: No podem parlar mai de gens bons o gens dolents sinó que hem de parlar de si aquests estan ben adaptats al medi o no.

edita Cèl·lules procariotes

Article principal: Cèl·lula procariota

Les cèl·lules procariotes són petites i menys complexes que les eucariotes. Contenen ribosomes però manquen de sistemes d'endomembranes (és a dir, orgànuls delimitats per membranes biològiques, com ara el nucli cel·lular). Per això, el seu material genètic es troba dispers pel citosol. Tanmateix, hi ha excepcions: alguns bacteris fotosintètics posseeixen sistemes endomembranosos.[21] També dins del fílum dels planctomicets existeixen organismes com ara Pirellula que envolten el seu material genètic amb una membrana intracitoplasmàtica, o com ara Gemmata obscuriglobus, que l'envolten amb una doble membrana. Aquesta última també posseeix altres compartiments de membrana interns, possiblement connectats amb la membrana externa del nucleoide i amb la membrana nuclear, que no posseeix peptidoglicà.[22][23][24]

En general, es podria dir que els procariotes manquen de citosquelet. Tanmateix, s'ha observat que alguns bacteris, com ara Bacillus subtilis, posseeixen proteïnes com ara MreB i mbl que actuen de manera similar a l'actina i són importants en la morfologia cel·lular.[25] Fusinita van den Ent, a Nature, va més enllà, afirmant que els citosquelets d'actina i tubulina tenen un origen procariòtic.[26]

Els procariotes formen un grup de gran diversitat, i tenen un metabolisme extraordinàriament complex, en alguns casos exclusiu de certs tàxons, com alguns grups de bacteris, cosa que influeix en la seva versatilitat ecològica.[11] Els procariotes es classifiquen, segons Carl Woese, en arqueobacteris i bacteris.[27]

edita Arqueobacteris

Article principal: Arqueobacteri
Estructura bioquímica de la membrana dels arqueobacteris (amunt) comparada amb la dels bacteris i eucariotes (al mig): cal remarcar la presència d'enllaços èter (2) en substitució dels tipus èster (6) als fosfolípids.

Els arqueobacteris posseeixen un diàmetre cel·lular comprès entre 0,1 i 15 μm, tot i que les formes filamentoses poden ser més grans per agregació de cèl·lules. Presenten múltiples formes diferents; fins i tot se n'ha descrit de quadrades i planes.[28] Alguns arqueobacteris tenen flagels i són mòbils.

Els arqueobacteris, igual que els eubacteris, manquen de membranes internes que delimitin els orgànuls. Com tots els organismes, presenten ribosomes, però a diferència dels que es troben en els eubacteris, que són sensibles a certs agents antimicrobians, els dels arqueobacteris, més propers als eucariotes, no ho són. La membrana cel·lular té una estructura similar a la de la resta de cèl·lules, però la seva composició química és única, amb enllaços de tipus èter als lípids.[29] Gairebé tots els arqueobacteris posseeixen una paret cel·lular (alguns Thermoplasma en són l'excepció) de composició característica; per exemple, no contenen peptidoglicà (mureïna), propi dels eubacteris. Tanmateix, se'ls pot classificar per mitjà de la tinció de Gram, de vital importància en la taxonomia dels eubacteris; en els arqueobacteris, que tenen una estructura de paret ben diferent de l'eubacteriana, aquesta tinció es pot aplicar però manca de valor taxonòmica. L'ordre dels metanobacterials té una capa de pseudomureïna, que fa que aquests arqueobacteris donin un resultat positiu a la tinció de Gram.[30][31] [32]

Com en gairebé tots els procariotes, les cèl·lules dels arqueobacteris manquen de nucli, i presenten un únic cromosoma circular. Existeixen elements extracromosòmics, com ara plasmidis. El seu genoma és petit, d'entre dos i quatre milions de parells de bases. També és característica la presència d'ARN polimerases de constitució complexa i un gran nombre de nucleòtids modificats als àcids ribonucleics ribosomals. D'altra banda, el seu ADN s'empaqueta en forma de nucleosomes, com en els eucariotes, gràcies a proteïnes semblants a les histones, i alguns gens posseeixen introns.[33] Poden reproduir-se per fissió binària o múltiple, fragmentació o gemmació.

edita Eubacteris

Article principal: Eubacteri
Estructura de la cel·lula procariota: 1, pili; 2, plasmidi; 3, ribosomes, 4, citoplasma; 5, membrana plasmàtica; 6, paret cel·lular; 7, càpsula; 8, ADN; 9, flagel bacterià.

Els eubacteris són organismes relativament senzills, de mida molt reduïda, d'a penes unes micres en la majoria de casos. Com altres procariotes, manquen d'un nucli delimitat per una membrana, tot i que presenten un nucleoide, una estructura elemental que conté una gran molècula habitualment circular d'ADN.[34][15] Manquen de nucli cel·lular i d'altres orgànuls delimitats per membranes biològiques.[35] Al citoplasma s'hi poden observar plasmidis, petites molècules circulars d'ADN que coexisteixen amb el nucleoide i que contenen gens; són utilitzades sovint pels eubacteris en la parasexualitat (reproducció sexual bacteriana). El citoplasma també conté ribosomes i diversos tipus de granuls. En alguns casos, hi pot haver estructures compostes de membranes, habitualment relacionades amb la fotosíntesi.[7]

Posseeixen una membrana cel·lular composta de lípids, en forma de bicapa i sobre la qual es troba una coberta en què existeix un polisacàrid complex denominat peptidoglicà; depenent de la seva estructura i, per conseqüent, la seva reacció a la tinció de Gram, es classifiquen els eubacteris en grampositius i gramnegatius. L'espai comprès entre la membrana cel·lular i la paret cel·lular (o la membrana exterior, si existeix) es denomina espai periplasmàtic. Alguns eubacteris posseeixen una càpsula. D'altres són capaces de generar endòspores (estadis latents capaços de resistir a condicions extremes) en algun moment del seu cicle vital. Entre les formacions exteriors pròpies de la cèl·lula bacteriana destaquen els flagels (d'estructura completament diferent a la dels flagels eucariotes) i els pili (estructures d'adherència i relacionats amb la parasexualitat).[7]

La majoria dels eubacteris disposen d'un únic cromosoma circular i solen posseir elements genètics addicionals, amb diferents tipus de plasmidis. La seva reproducció, binària i molt eficient en el temps, permet la ràpida expansió de les poblacions, generant un gran nombre de cèl·lules que són pràcticament clons, és a dir, idèntiques entre si.[33]

edita Cèl·lules eucariotes

Article principal: Cèl·lula eucariota

Les cèl·lules eucariotes són l'exponent de la complexitat cel·lular actual.[13] Presenten una estructura bàsica relativament estable caracteritzada per la presència de diferents tipus d'orgànuls intracitoplasmàtics especialitzats, entre els quals destaca el nucli, que alberga el material genètic. Especialment en els organismes pluricel·lulars, les cel·lules poden assolir un alt grau d'especialització. Aquesta especialització o diferenciació és tal que, en alguns casos, compromet la viabilitat del tipus cel·lular aïllat. Així, per exemple, la supervivència de les neurones depèn de les cèl·lules glials.[11] D'altra banda, l'estructura de la cèl·lula varia segons la situació taxonòmica de l'ésser viu; així doncs, les cèl·lules vegetals difereixen de les animals, així com de les dels fongs. Per exemple, les cèl·lules animals manquen de paret cel·lular, són molt variables, no tenen plastidi, poden tenir vacúols però no són molt grans, i presenten centríols (que són agregats de microtúbuls cilíndrics que contribueixen a la formació dels cilis i els flagels i faciliten la divisió cel·lular). Les cèl·lules dels vegetals, en canvi, presenten una paret cel·lular (en comptes d'una matriu extracel·lular) composta principalment de cel·lulosa, disposen de plastidis com ara cloroplasts (orgànuls capaços de dur a terme la fotosíntesi), cromoplasts (orgànuls que acumulen pigments) o leucoplasts (orgànuls que acumulen el midó fabricat en la fotosíntesi), posseeixen vacúols de gran mida que acumulen substàncies de reserva o de refús produïdes per la cèl·lula, i finalment també tenen plasmodesmes, que són connexions citoplasmàtiques que permeten la circulació directa de les substàncies del citoplasma d'una cèl·lula a l'altra, amb continuïtat de les membranes plasmàtiques.[36]

Diagrama d'una cèl·lula animal, a l'esquerra (1. Nuclèol, 2. Nucli, 3. Ribosoma, 4. Vesícula, 5. Reticle endoplasmàtic rugós, 6. Aparell de Golgi, 7. Citosquelet (microtúbuls), 8. Reticle endoplasmàtic llis, 9. Mitocondri, 10. Vacúol, 11. Citoplasma, 12. Lisosoma. 13. Centríols.);
i d'una cèl·lula vegetal, a la dreta.

edita Compartiments

Les cèl·lules són entitats dinàmiques, amb un metabolisme intern de gran activitat l'estructura del qual és un flux entre rutes anastomosades. Un fenomen observat en tots els tipus de cèl·lula és la compartimentalització, que consisteix en una heterogeneïtat que dóna peu a ambients més o menys definits (envoltats o no de membranes biològiques) en els quals existeix un microambient que aglutina els elements implicats en una ruta biològica.[37] Aquesta compartimentalitzacó assoleix el seu màxim exponent en les cèl·lules eucariotes, que estan formades per diferents estructures i orgànuls que duen a terme funcions específiques, cosa que suposa un mètode d'especialització en l'espai i en el temps.[1] Tanmateix, cèl·lules més senzilles, com les dels procariotes, ja presenten especialitzacions similars.[38]

edita Membrana plasmàtica

Article principal: Membrana plasmàtica

La composició de la membrana plasmàtica varia entre cèl·lules depenent de la seva funció o del teixit en què es trobi, però té elements comuns. Es compon d'una capa doble de fosfolípids, de proteïnes unides amb un enllaç no covalent a aquesta bicapa, i de glúcids units amb un enllaç covalent a lípids o proteïnes. En general, les molècules més nombroses són les dels lípids; tanmateix, les proteïnes, degut a la seva massa molecular superior, representen aproximadament el 50% de la massa de la membrana.[37]

Un model que explica el funcionament de la membrana plasmàtica és el model de mosaic fluid de Singer i Nicolson (1972), que desenvolupa un concepte d'unitat termodinàmica basat en les interaccions hidròfobes entre molècules i un altre tipus d'enllaços no covalents.[39]

Esquema d'una membrana cel·lular. S'hi observen la bicapa de fosfolípids, les proteïnes i altres molècules associades que permeten les funcions inherentes a aquest orgànul.

Aquesta estructura de membrana sosté un complex mecanisme de transport, que permet un fluid intercanvi de massa i energia entre l'ambient intracel·lular i l'exterior.[37] A més, la possibilitat de transport i interacció entre molècules adjacents o d'una cèl·lula amb el seu entorn els permet comunicar-se químicament, és a dir, permet la senyalització cel·lular. Els neurotransmissors, les hormones, i els mediadors químics locals afecten cèl·lules concretes, modificant-ne el patró d'expressió gènica mitjançant mecanismes de transducció de senyals.[40]

A sobre la bicapa lipidica, independentment de la presència o no d'una paret cel·lular, existeix una matriu que pot variar, de poc conspícua, com en els epitelis, a molt extensa, com en el teixit conjuntiu. Aquesta matriu, denominada glicocàlix, rica en líquid tissular, glucoproteïnes, proteoglicans i fibres, també intervé en la generació d'estructures i funcions emergents, derivades de les interaccions entre cèl·lules.[11]

edita Estructura i expressió gènica

Article principal: Expressió gènica
L'ADN i els seus diferents nivells d'encapsicidació.

Les cèl·lules eucariotes tenen el seu material genètic en (generalment) un únic nucli cel·lular, delimitat per un embolcall que consisteix en dues bicapes lipídiques travessades per nombrosos porus nuclears i en continuïtat amb el reticle endoplasmàtic. Al seu interior es troba el material genètic, l'ADN, observable, en les cèl·lules en interfase, com a cromatina de distribució heterogènia. A aquesta cromatina s'associen múltiples proteïnes, entre les quals destaquen les histones i l'ARN, un altre àcid nucleic.[41]

Aquest material genètic es troba immers en una activitat contínua de regulació de l'expressió gènica; les ARN polimerases transcriuen ARN missatger contínuament, que, exportat al citosol, és traduït a proteïna segons les necessitats fisiològiques. A més, depenent del moment del cicle cel·lular, aquest ADN pot entrar en replicació com a pas previ a la mitosi.[33] Tanmateix, les cèl·lules eucariotes posseeixen material genètic extranuclear; concretament, en mitocondris i plastidis, si n'hi ha; aquests orgànuls conserven una independència genètica parcial del genoma nuclear.[42][43]

edita Orgànuls i estructures cel·lulars

Dins del citosol, és a dir, la matriu aquosa que alberga els orgànuls i altres estructures cel·lulars, es troben immersos múltiples tipus de maquinària de metabolisme cel·lular: orgànuls, inclusions, elements del citosquelet, enzims, etc. De fet, aquests últims representen el 20% dels enzims totals de la cèl·lula.[11]

Estructura dels ribosomes; 1,: subunitat major, 2: subunitat menor.
Imatge d'un nucli, el reticle endoplasmàtic i l'aparell de Golgi; 1, Nucli. 2, Porus nuclear.3, Reticle endoplasmàtic rugós (REr).4, Reticle endoplasmàtic llis (REl). 5, Ribosoma en el RE rugós. 6, Proteïnas sent transportades.7, Vesícula (transport). 8, Aparell de Golgi. 9, Costat cis de l'aparell de Golgi.10, Costat trans de l'aparell de Golgi.11, Cisternes de l'aparell de Golgi.
  • Aparell de Golgi: L'aparell de Golgi és un orgànul format per apilaments de sàculs denominats dictiosomes, tot i que aquests, com a entitat dinàmica que són, poden ser considerats estructures puntuals fruit de la coalescència de vesícules.[45][46] Rep les vesícules del reticle endoplasmàtic rugós que han de continuar sent processades. Entre les funcions de l'aparell de Golgi hi ha la glicosilació de proteïnes, selecció, destinació, glicosilació de lípids i la síntesi de polisacàrids de la matriu extracel·luar. Posseeix tres compartiments; un de proximal al reticle endoplasmàtic, denominat "compartiment cis", on es produeix la fosforilació de les mannoses dels enzims que s'han de dirigir al lisosoma; el "compartiment intermedi", amb abundants manosidases i N-acetil-glucosamina transferases; i el "compartiment o xarxa trans", el més distal, on es transfereixen residus de galactosa i àcid siàlic, i del qual emergeixen les vesícules amb les diferents destinacions cel·lulars.[11]
  • Lisosoma: Els lisosomes són orgànuls que alberguen múltiples enzims hidrolítics. De morfologia molt variable, no se n'ha demostrat l'existència en cèl·lules vegetals.[11] Una característica que agrupa tots els lisosomes és la possessió d'hidrolases àcides: proteases, nucleases, glucosidases, lisozims, arilsulfatases, lipases, fosfolipases i fosfatases. Procedeix de la fusió de vesícules provinents de l'aparell de Golgi, que, al seu torn, es fusionen en un tipus d'orgànul denominat endosoma primerenc, que, en acidificar-se i guanyar enzims hidrolítics, es converteix en el lisosoma funcional. Les seves funcions van de la degradació de macromolècules endògenes o provinents de la fagocitosi a la intervenció en processos d'apoptosi.[47]
El vacúol regula l'estat de turgencia de la cèl·lula vegetal.
  • Vacúol vegetal: Els vacúols vegetals, nombrosos i petits en cèl·lules meristemàtiques, i escassos i grans en cèl·lules diferenciades, són uns orgànuls exclusius dels representants del món vegetal. Immersos en el citosol, estan delimitats pel tonoplast, una membrana lipídica. Les seves funcions són: facilitar l'intercanvi amb el món exterior, mantenir la turgència cel·lular, la digestió cel·lular i l'acumulació de substàncies de reserva i subproductes del metabolisme.[36]
  • Inclusió citoplasmàtica: Les inclusions són acumulacions, mai delimitades per membrana, de substàncies de diversos tipus, tant en cèl·lules vegetals com en animals. Generalment es tracta de substàncies de reserva que es conserven com a dipòsit metabòlic: midó, glicogen, triglicèrids, proteïnes, etc., tot i que també n'existeixen de pigments.[11]

edita Conversió energètica

El metabolisme cel·lular es basa en la transformació d'unes substàncies químiques, denominades metabòlits, en altres; aquestes reaccions químiques són catalitzades per enzims. Tot i que gran part del metabolisme té lloc al citosol, com la glucòlisi, existeixen processos específics d'orgànuls.[40]

Model d'un mitocondri: 1, membrana interna; 2, membrana externa; 3, cresta mitocondrial; 4, matriu mitocondrial.
Estructura d'un cloroplast.
  • Cloroplast: Els cloroplasts són els orgànuls cel·lulars que en els organismes eucariotes fotosintètics s'encarreguen de la fotosíntesi, són polimorfs i de color verd a causa de la pigmentació que dóna la clorofil·la. Estan limitats per un embolcall format per dues membranes concèntriques i contenen vesícules, els tilacoides, on es troben organitzats els pigments i la resta de molècules implicades en la conversió d'energia lumínica en energia química. A més d'aquesta funció, els plastidis intervenen en el metabolisme intermedi, produint energia i poder reductor, sintetitzant bases púriques i bases pirimidíniques, alguns aminoàcids i tots els àcids grasos. A més, al seu interior és habitual l'acumulació de substàncies de reserva, com ara el midó.[11] Es considera que posseeixen analogies amb els cianobacteris.[49]
Model de l'estructura d'un peroxisoma.
  • Peroxisoma: Els peroxisomes són orgànuls molt comuns en forma de vesícules que contenen abundants enzims de tipus oxidasa i catalasa; són tan abundants que és habitual que cristal·litzin al seu interior. Aquests enzims tenen funcions de desintoxicació cel·lular. Altres funcions dels peroxisomes són: les oxidacions flavíniques generals, el catabolisme de les purines, la beta oxidació dels àcids grasos, el <