La cèl·lula

1r Batxillerat Grup C

Curs 2000/2001

3r Trimestre

I.E.S. Manolo Hugué

Biologia

Índex

Apartat Pàgina

Sistema endomambranós 2

Reticle endoplasmàtic

Aparell de Golgi

Lisosoma

Vacúol

Orgànuls tranductors d'energia 5

Mitocondri

Plastidis

El nucli 9

Bibliografia 10

Sistema endomembranós

El sistema endomembranós són tot el conjunt de membranes que es troben en el citoplasma de la cèl·lula, dividint-la i formant estructures definides, els orgànuls membranosos, que són l'Aparell de Golgi, els mitocondris, els lisosomes i els perioxomes en les cèl·lues animals, i en les vegetals, a més a més hi ha els plastidis.

Reticle endoplasmàtic

El reticle endoplasmàtic són un conjunt de cavitats aplanades o cisternes, molt polimorfes i ramificades, del citoplasma de les cèl·lules eucariotes. Envolta completament el nucleoplasma i es constitueix així en membrana nuclear, amb porus de 500 Å de diàmetre. El reticle és envoltat per una membrana endoplasmàtica que conté una solució aquosa en la qual abunden les proteïnes i és per on aquestes circulen per anar cap a altres llocs de la cèl·lula. A la superfície més externa del reticle s'hi poden enganxar ribosomes, cosa que diferencia el reticle en dues zones: la rugosa, o ergastoplasma, i la llisa. En la primera s'hi pot observar uns petits grànuls corresponents als ribosomes, i en la segona es presenta el reticle completament llis. Els ribosomes de solen unir-se com fent rosaris, formant així els polisomes. La cavitat interna del reticle endoplasmàtic constitueix el lumen, que ocupa més d'un 10% del volum cel·lular. L'estructura del reticle endoplasmàtic és asimètrica, per tant, podem distingir una cara que està en contacte amb el lumen (luminal) i una cara en contacte amb el citosol, a la qual hi poden haver adherits, en el cas del RER, els ribosomes.

Les funcions del reticle endoplasmàtic són:

• Assegurar el transport de substàncies per la cèl·lula

• Intervenir en la síntesi de diferents substàncies

• Emmagatzemar substàncies d'origen extracelular o bé substàncies elaborades per la cèl·lula

• Efectuar la síntesi de membranes cel·lulars.

El reticle endoplasmàtic es pot extreure de les cèl·lules i queda fragmentat en microsomes, que són petites vesícules. El microsomes provinents del RER tenen ribosomes enganxats a la membrana exerna i s'anomenen microsomes rugosos. Pel que fa als altres microsomes, poden provenir de l'aparell de Golgi o del REL.

Hi ha dos tipus de reticles endoplasmàtics, l'anomenat reticle endoplasmàtic rugós (RER), també anomenat ergastoplasma i el reticle endoplasmàtic llis ( REL). El RER i el REL estan comunicats entre ells i els components del lumen poden passar de l'un a l'altre.

Reticle endoplasmàtic rugós ( RER) o ergastoplasma

El RER és un conjunt de sacs aplanats anomenats sàculs, entre els quals hi ha un espai de lumen d'entre 20 i 30 nm de gruix. Una de les seves principals característiques és la presència de nombrosos ribosomes enganxats a la membrana del reticle endoplasmàtic per mitjà de dues glicoproteïnes anomenades riborfines. És el que forma la membrana nuclear, la qual es formada per cavitats aplanades del reticle, que s'adjunten tot deixant entre elles uns porus de comunicació.

Les funcions dels ribosomes són la de sintetzar i emmagatzemar proteïnes. Les proteïnes sintetitzades pels ribosomes són conduides al lumen o bé es queden dintre de la membrana del reticle endoplasmàtic. Si les proteïnes són conduides al lumen, pot ser que aqest quedi dilatat per culpa del gran nombre de proteïnes emmagatzemades.

Una altra de les seves funcions és la glicosilació, que és un procés en el qual un oligosacàrid s'uneix amb una proteïna sintetitzada pel RER. La glicosilació fa més fàcil el transport de la proteïna cap als orgànuls.

Reticle endoplasmàtic llis (REL)

El REL és un conjunt de tubs molt fins, de 30 a 60 nm de diàmetre. El REL de les cèl·lules musculars està molt desenvolupat, i s'anomena reticle sarcoplasmàtic. Les seves cisternes són tubulars, i no s'hi enganxen els ribosomes. És un orgànol molt desenvolupat en les cèl·lules productores d'hormones esteroïdes. És per això que es creu que en el seu interior es duu a terme la síntesi dels fosfolípìds i del colesterol.

Les cavitats del REL poden arribar a dilatar-se, convertint-se així en vesícules d'emmagatzematge ( vacúols), on s'hi emmagatzema aigua amb sals minerals dissoltes.

Les seves funcions principals són:

• Sintetitzar els components lipídics de les lipoproteïnes.

• Sintetiza hormones lipídiques a partir del colesterol, per exemple les cèl·lules dels teticles, que fabriquen testosterona.

• Ajuda a la eliminació de substàncies tòxiques de la cèl·lula, i en facilita la disolució en aigua. Com més gran és la quantitat de droga a destoxificar, més gran es fa la superfície del REL, fins a poder arribar a duplicar-la. Quan ja no hi ha més dorga per detoxificar, el REL recupara la seva superfície inicial.

• Formació de vesícules transportadores de lipoproteïnes

• Intervé en la contracció muscular, gràcies a la reserva de calci.

Aparell de Golgi

L'Aparell de Golgi són un conjunt de sàculs aplanats en forma de discs envoltats d'una membrana llisa. Cada grup de sàculs és anomenat dictosoma i mesura aproximadament entre 1 i 3 µm i l'Aparell de Golgi pot estar format per un nombre variable d'aquests. La membrana que envolta els sàculs és rica en fosfolípìds i, en els seu interior, s'hi emmagatzemen enzims del grup de les hidrolasses. A més a més també té unes vesícules, d'uns 50 nm de diàmetre, anomenades lisosomes tot i que en les cèl·lules secretores, el diàmetre de les vesícules pot arribar a ser de 1000 nm, on hi ha emmagatzemades a l'interior d'una membrana unes gotetes de secreció, la funció de les quals és la digestió intracel·lular o extracel·lular.

En les cèl·lules vegetals i en la majoria d'animals els dictiosomes acostumen a estar repartits per tot el citoplasma, tot i que en algunes d'animals es troben agrupats a prop del nucli envoltant els centríols.

Es pot considerar que l'aparell de golgi té dues cares, el Cis-Golgi i el Trans-Golgi. Els Cis és la aprt de l'Aparell de Golgi que està relacionada amb el RER i normalment és propera al nucli. La cara Trans és la més propera a la membrana ctoplasmàtica. Les vesícules secretores grans estàn relacionades amb la cara Trans, i les petites es troben repartides envoltatnt els dictiosomes. Les membranes de la cara Cis, són més primes que les de la cara Trans.

Les funcions principals de l'Aparell de Golgi estan relacionades amb la secreció, duració i circulació d'algunes substàncies.

• Intervé en els processos de secreció de substàncies. Les proteïnes sintetitzades pel RER entren a la cara Cis i passen a les vesícules secretores on s'expulsen a l'exterior.

• Intrvé en el procés de glicosilació de proteïnes i lípids

• Recicla la membrana cel·lular.

• Les vesícules revestides seleccionen i classifiquen les proteïnes que han de ser transportades als diferents orgànuls.

• Formació de lisosomes

Procés tràfic

En el procés tràfic, l'Arn missatger del nucli és llegit pels ribosomes del RER, i fruit d'aquesta lectura s'obté una seqüència d'amoniàcids, per tant, una proteïna. Aquesta proteïna queda en el RER i que s'en formen de noves es formen vesícules que es desprènen del RER i que s'acomulen en funció de les característiques a la zona Cis. Quan les proteïnes estaran formades passaran a la zona Trans o hi ha un ribosoma o un lisosoma, i hi abocaran el seu contigut. Altres cops es pot formar un vacúol amb una substància que entri a la cèl·lula i un lisosoma enrta en contacte amb ell i amb les proteïnes. Fruit de la unió es formarà un vacúol, i dins seu les substàncies seran tractades, i les restes, es tronaran a enviar cap a l'exteror cel·lular.

Lisosoma

Són estructures de forma i tamany variable, que no són més grans d'una micra. Els lisosomes estan plens d'enzims hidrolases àcides ( pH 5) i que tenen com a funció ajudar a fer la digestió i que estan envoltats per una membrna. El fet que aquests orgànuls tinguin un pH àcid bé donat pel bombament continu d'ions H+ procedents del citoplasma. Les hidrolases trenquen les macromolècules.

Els lisosomes es divideixen en dues classes, els lisosomes primaris i els secundaris. Els lisosomes primaris tenen un tamany d'entre 25 nm i unes dècimes de µm i contenen només enzims lítics, i els lisosomes secundaris, més grans de 1 µm i que contenen una barreja de substrats en procés de digestió.

La funció dels lisosomes, es relaciona amb els dos sistemes de digestió, l'intracel·lular i l'extracel·lular. La digestió intracel·lular té lloc a dintre de la cèl·lula i és deguda als lisomes secundaris. Afecte els materials exògens que provenen de l'exterior i que es fonen amb els lisosomes primaris per a la seva digestió, o bé afectar materials per a la seva destrucció. La digestió extracel·lular és produïda pels lisosomes primaris a l'exterior de la cèl·lula que aboquen el seu contingut a l'exterior cel·lular. El seu contingut acostuma a ser enzims lítics que fragmenten macromolècules en molècules més petites que seran absorvides cap a l'interior de la cèl·lula.

Vacúol

Els vacuols són orgànuls encarregats d'acomular substàncies, ja sigui com a emmagatzematge, o bé per llençar-les. Aquests líquids són sempre homogenis. El vacúol està separat del citoplasma per una bicapa lipídica, anomenada tonoplast o pel·licula endoplasmàtica. Es poden destacar diversos tipus de vacúols:

• Vacúol autofàgics i heterofàgics, que intervenen ens els processos de digestió de la cèl·lula.

• Els vacúols contràctils o pulsàntils, que tenen com a funció expulsar l'aigua per regular la pressió osmòtica.

• Els vacúols dels adiòcits, que són els vacúols de les cèl·lules del teixit adipós, i que s'han especialtizat en acomular greixos.

Els vacúols de la cèl·lula vegetal, són diferents dels dels animals. Aquests, quan la cèl·lula és jove, estàn repartits per tot el citoplasma i són molt petits, n'hi ha amb gran quantitat. A mesura que la cèl·lula va creixent, es van unint, fins a crear un únic vacúol que arriba a ocupar la major part del volum cel·lular. Els vacúols de les cèl·lules vegetals acostumen a contenir sals, sucres, elelments minerals i substàncies diverses. En molts casos, contenen pigments que són responsables de moltes coloracions de les plantes, resines, essències, alacaloides i substàncies tànniques. Els grans vacúols de les plantes superiors desenvolupen un paper importantissim en la regulació de l'estat d'hidratació del citoplasma.

Orgànuls transductors d'energia

Mitocondri

Els mitocondris són orgànuls citoplasmàtics que tenen totes les cèl·lules que viuen en contacte amb l'oxigen. La seva forma és variable, però acostuma a ser ovalada, i pot canviar ràpidament. La seva longitud va de 1 a 5 µm i el seu gruix de 0.5 a 1.5 µm. No hi ha un nombre determinat de mitocondris per cèl·lula, tot i que alguns éssers unicel·lulars només en tenen un, normalment, el seu nombre va entre uns centenars i alguns milers per cèl·lula. La capa que els separa del citoplasma és semblant a la membrana plasmàtica.

La membrana externa del mitocondri és llisa, i la interna està plena de plegaments sobre si amteixa, formant d'aquesta manera les anomenades crestes mitocondrials. L'espai existent entre les crestes mitocondrials s'anomena matri o lumen, i és formada per un líquid molt ric en proteïnes i lípids, on també s'hi ha detectat la presència d' ADN mitocondrial. Aquest ADN no està unit a proteïnes com ho està l' ADN nuclear. Es tracta de diverses molècules circulars, en el cas dels animals, i de diverses molècules lineals, en el cas de les plantes. La presència d'aquest ADN, dona al mitocondri la capacitat de dividir-se, ja que conté informació genètica pròpia. Les membranes que formen el mitocondri, estàn constituides per fosfolípids, i en destaca la cardiolipina, la qual s'hi troba amb una proporció d'entre el 10% i el 15%. Es creu que aquesta molècula és la que dona a la membrana aquesta impermeabilitat als ions. Aquesta membrana és impermeable a les molècules que tenen un tamany inferior a 10.000 Daltons, les qual estan en el citosol. El gruix de la membnrana és d'uns 6 nm. D'altra banda, la membrana interna no conté colesterol, i s'hi detecta un gran quantitat de proteïnes, sobretot amb funció d'enzims.

Es creu que el nombre de crestes la forma i la mida depen del tipus de cèl·lula, després de llargues investigacions s'ha observat que com més energia necessita la cèl·lula les crestes són més nombroses, tot i això no se sap quina és la funció que desenvolupa aquest orgànul.

La funció dels mitocondris és la de obtenir energia oxidant les molècules que la cèl·lula ha ingerit. L'oxidació de les molècules comporta la hidròlisi d'aquestes molècules, per obtenir-ne de més senzilles i energia. Gràcies a tècniques de centrifugació i fraccionament, s'han identificat diversoso sistemes enzimàtics, per exemple els cicles de Krebs o la foforilació oxidativa.

Els cicles de Krebs són un conjunt de raccions cícliques on la glucosa s'acaba transformant en energia (ATP). La glucosa (6 àtoms de carboni) penetra dins de la cèl·lula a través de les membranes i en el mitocondri es descomposa en tres àtoms de carboni. Aquests tres àtoms de carboni entren a les crestes i a dins s'hi produeixen tot un seguit de reaccions, de les quals es desprèn CO2, H2O i ATP. L'energia s'obté al trencar els enllaços fosfat amb la pentosa i l'adenina de la molècula de adenosinatrifosfat (ATP). Després aquesta energia és transportada a als orgànuls que la necessitin, i un cop allà es trenquen els enllaços per obtenir-ne l'energia.

Un dels processos que també intervé en la cadena respiratòria de la cèl·lula és l'anomenada fosforilació oxidativa, que és un procés que té lloc a l'interior dels mitocondris. En aquest procés es fosforilitza l' ADP, de manera que com a resultat surten trens molècules Adp, tres molècules de fosfat tres molècules ATP i tres molècules d' H2O.

Plastidis

Els plastidis són orgànuls exclusius de les cèl·lules vegetals recoverts per una doble membrana unitària i que acostumen contenir pigments. Del total de plastidis que formen una cèl·lula vegetal adulta, es poden dividir en:

• Els cromatòfors fotosintèticament ctius

• Els crematòfors fotosintèticament inactius

• Els leucoplasts.

Els crematòfors fotosintèticament actius són un tipus de plasts capaços de realitzar la fotosíntesi, gràcies a la seva abundància de clorofil·la, que és un pigment fotosintètic, tot i que no és l'únic que contenen (en tenen d'altres, però amb menor proporció). També s'anomenen cloroplasts.

Dintre d'aquest grup, també hi ha els anomenats feoplasts o rodoplasts, que són plasts on la clorofil·la és emmascarada per carotenoides bruns (ficoxatina) o vermellosos (ficoeitrina), respectivament.

Els crematòfors fotosintèticament inactius o cromoplasts, són plasts que no poden fer la fotosíntesi, ja sigui perquè provenen dels protoplastidis incolors, que són plastidis en formació, o bé perquè s'hagin quedat sense clorofil·la. Són els responsables de colors ataronjats i grocs de moltes flors, o els vermells de molts friuts. La diferent coloració és degut a la presència de diversos pigments. La seva funció encara no es coneix del tot, però es creu que participa en l'atracció del insectes i mamífers per realitzar la pol·linització.

Els leucoplasts són plasts que no tenen cap tipus de pigment, i que per tant no poden fer la fotosíntesi. Els caracteritza perquè tenen un color blanc. S'en poden trobar a les plantes superiors, plantes que viuen amb simbiosi amb fongs, etc… També en trobem en òrgans de reserva de les plantes superiors, on els leucoplasts tenen la capacitat d'emmegatzemar glucosa en forma de midó. Aquest tipus de leucoplasts s'anomenen amiloplasts. Aquests orgànuls poden fabricar alguns olis i proteïnes. Quan s'exposen a la llum, es transformen en cloroplasts.

Els cloroplasts

Esl cloroplasts, són uns orgànuls verds fotosintetizadors únics de les cèl·lules vegetals. Són els responsables del color de la planta, el qual generalment és verd, a causa de la presència de clorofil·la en els cloroplasts, tot i que també per ser emmascarat per altres piments d'altres colors. La seva estructura és variable. Per exemple, en algunes algues poden tenir forma en copa o d'anell obert, en forma d'hèlix, en forma plana, en forma d'estrella. En algunes plates i briòfits, s'hi roben en gran nombre, i llavors agafen forma biconvenxa. En les plantes terrestres i les algues superiors la forma lenticular és la més corrent, d'unes 4 a 8 µm de diàmetre. El nombre de cloroplasts és més o menmys constant ( en les plante superior es troba entre 40 i 20 per cèl·lula), i es troben repartits per tot el citoplasma més o menys homogèniament. El cloroplasts tenen la capacitat de poder-se desplaçar gràcies als corrents existen al citoplasma o reaccionant als estímuls lluminosos.

Els cloroplasts estàn formats per una doble membrana que separa el seu interior del citoplasma, un estroma, que equival a la matriu mitocondrial i els tilacoides, que són unes estructures en forme de sac aplanat que quan s'ajunten constitueixen el grànum. A l'interior del tolacoide hi ha un espai anomenat tilacoïdal.

L'embolcall del cloroplast el formen dues membranes unitàries que estan constituïddes per lípids (60%) i proteïnes (40%). Molts d'aquestes roteïnes permeten el pas de substàncies de l'estroma al citosol. La membrana externa és més permeable que la interna. Aquesta última é snomés permeable a molècules netres i a alguns amonoàcids.

L'estroma és una dissolució col·liodal, amb un 50% de proteïnes, noormalment solubles. Un estroma està format per diversos components, els més importants dels quals són:

• Els plastoribosomes, que són ribosomes diferents dels altres que s'utilitzen per sintetizar p`roteïnes a parti de l'ADN del cloroplast.

• L'ADN del cloroplast, que és bvicatenari i circular. L'informació que conté aquest ADN és diferent al la de l'ADN mitocondrial, i codifica diversos ARN i proteïnes.

• Els enzims

• Pot servir per contenir midó o plastglòbuls, aquests últims bàsicament formats per lípids.

Els tolacoides són l'estructura mé simportant dels cloroplsts. Estàn constituïts per membrana i és la part que conté la major part de molècules per realitzar la fotosíntesi. Els tilacoides són estructures aplanades enm forma de disc i dipositades en piles. Cada pila s'anomena granúl, i el conjunt de grànuls s'anomena grana. Els granuls estan conectats entre si per mitjà dels tolacoides, la membrana dels quals conté els complexos moleculars necessaris per realitzar la fotosíntesi. L'energia, l'obtenen a partir de l'anomenat cicle de Calvin, que és un procés en el qual mitjançant la llum, l' H2O, el CO2 obtenim la glucosa.

La diferència bàsica i la més important entre els cloroplasts i els mitocondris és la presència, en el primer cas, de pigments els qual poden captar l'energia provinent de la llum, la aul cosa els permet obtenir energia mitjançant molecules inorgàniques. D'altra banda, els mitocondris necessiten ingerir la glucosa directament, sense poder fabricar-la. Tot i això, el funcionament és bàsicament el mateix, ja que un cop els materials primaris són a dins, aquests sofreixen tot un seguit de reaccions químiques que fan variar la seva configuracó, i donen lloc a nous compostos, dels quals, al trencar els seus enllaços les cèl·lules n'obtenen energia. El motiu pel qual totes les cèl·lules tenen mitocondirs, però només les cèl·lules vegetals tenen cloroplasts és ben simple. Els cloroplasts, poden “fabricar” energia a partir de l'energia de la llum, per tant, fan la fotosíntesi, i els únics éssers capaços de fer-ho són els vegetals. Però, fins i tot els vegetals han de poder transformar aquesta energia en energia aprofitable, i d'això s'en encarregen els mitocondris, els quals mitjançant els processos que abans he explicat aconsegueixen extreure energia aprofitable.

El nucli

El nucli és el centre d'operacions de la cèl·lula, on es controlen totes les funcions de la cèl·lula, i fins i tot el metabolisme del citoplasma i la informació genètica. Normalment, es troba situat a un extrem de la cèl·lula a causa de la grandària dels vacúols. Les seves formes poden variar, el·lipsoidal, lubulada, quadrada, etc… però normalment se'l troba en forma el·líptica. No té un tamany definit. Aquest, és proporcional al nombre de cromosomes que conté al seu interior, però normalment va de les 5 a les 30 µm. En cèl·lules reproductores o secretores és molt més gran que en les altres. També hi ha una relació entre el volum nuclear i el volum cel·lular, i quan aquest últim és massa gran, el nucli es veu obligat a dividir-se en dos, formant d'aquesta manera una nova cèl·lula.

L'embolcall nuclear, és la membrana que nvolta el nucli i que el separa de tota la resta del citoplasma. És format epr una doble membrana. La membrana externa és contínua amb la membrana del reticle endoplasmàtic, i al membrana interna està en contacte amb el nucleoplasma. La membrana externa pot tenir ribosomes enganxats, per això es considera com una especialització del RER. Això fa ue la membrana sigui molt flexible i es pugui expeandir i contraure amb facilitat.

L'embolcall nuclear presenta un seguit de porus, anomenats porus nuclears, que permeten la comunicació del citoplasma amb l'interior del nucli, i són el lloc d'unió entre la membrana externa i la interna del nucli. Estan distribuits per tot l'embolcall. Cada porus s'envolta de l'anomenat complex del porus nuclear, que està format per 8 grups proteics, en forma d'octàgon i normalment la part central del porus queda obstruida per l'anomenat grànul central. El pa útil que deixa cada porus es considera que és només de 9 nm.

Bibliografia

Gran Enciclopèdia Catalana

Liibre de Text de Biologia “Biologia 1”

Editorial Castelnou

Enciclopèdia Temàtica Salvat