La cèl·lula: unitat bàsica de la vida i els processos biològics

La cèl·lula

1.1. Descobriment de la cèl·lula

1665: Robert Hooke va observar que el suro estava format per petites cavitats regulars que va anomenar cèl·lules.

S. XIX:

• Robert Brown (1831) va observar la presència constant d'un corpuscle a l'interior de les cèl·lules vegetals, que va anomenar nucli.
• Schleiden i Schwann (1838) van formular la teoria cel·lular (tot ésser viu prové d'una cèl·lula).
• Virchow (1855) va comprovar que les cèl·lules només es poden originar per reproducció de cèl·lules preexistents.
• Pasteur (1859) va demostrar que no existeix la generació espontània.
• 1933: Santiago Ramón y Cajal va demostrar que les neurones no estan unides formant una xarxa, sinó que són cèl·lules independents.

1.2. Tipus d'organismes

• Unicel·lulars: una cèl·lula constitueix l'organisme complet.
• Pluricel·lulars: una sola cèl·lula, s'ha anat dividint, origina grups de cèl·lules especialitzades o teixits que fan funcions diverses.

1.3. Constitució cel·lular

Hi intervenen:

• Biomolècules minerals o inorgàniques: aigua i sals minerals.
• Biomolècules orgàniques: glúcids, lípids, proteïnes i àcids nucleics. Només es troben en els éssers vius.

1.4. Definició de cèl·lula

És la unitat fonamental, tant d'estructura com de funció, és a dir, el fragment més petit que té totes les característiques dels éssers vius.

1.5. Cèl·lula eucariota

• Membrana plasmàtica: envolta la cèl·lula i controla l'intercanvi de substàncies amb l'exterior.
• Citoplasma: contingut de la cèl·lula, entre la membrana plasmàtica i la membrana nuclear. Està constituït per un medi líquid, o citosol, format per aigua i totes les substàncies solubles del citoplasma, on hi ha dispersos els orgànuls cel·lulars.
• Nucli: orgànul que dirigeix l'activitat de la cèl·lula:
  • Nucleol (ARN)
  • Cromatina (ADN)
• Paret cel·lular: recobreix i protegeix la membrana (en cèl·lules vegetals).
• Cloroplasts i vacúols: presents en cèl·lules vegetals.

ADN, cromosomes i divisió cel·lular

2.1. ADN i cromosomes

ADN: biomolècula que conté la informació genètica per fabricar les proteïnes de la cèl·lula. Es troba al nucli de les cèl·lules eucariotes i forma part dels cromosomes (són visibles quan la cèl·lula s'està reproduint).

Cromosoma:

• Cromatina: és l'associació d'ADN i proteïnes. Abans de la divisió cel·lular, l'ADN es duplica i la cromatina es condensa i forma fibres més curtes i gruixudes que són els cromosomes, formats pels braços o cromàtides, units per un centròmer.
• Tipus:
  • Cariotip: el conjunt de cromosomes d'un individu ordenats per parelles, segons la mida i l'estructura.
  • Cromosomes homòlegs:
  • Diploides (46 cromosomes): cèl·lules somàtiques.
  • Haploides (23 cromosomes): gàmetes.

2.2. El cicle cel·lular

2.2.1. Interfase

Etapa de creixement:

• Augmenta de mida, creix el seu citoplasma (+ gran, + orgànuls).
• Absorbeix nutrients, fa la fotosíntesi, acumula substàncies o produeix energia.

Les altres entren en una etapa curta dins la interfase.

2.2.2. Mitosi

Divisió cel·lular en els animals. La mitosi passa pràcticament a tots els teixits. En canvi, en les plantes la mitosi només passa en determinats teixits, anomenats meristemes.

La mitosi està controlada per centríols i fus mitòtic, als quals s'insereixen els cromosomes.

És un procés continu, es divideix en diverses etapes: profase, metafase, anafase, telofase.

Citocinesi: després de la mitosi:

• Animals: els microtúbuls estrangulen la cèl·lula mare fins que les dues filles es fan independents.
• Vegetals: no es produeix per estrangulació, es forma una placa cel·lular que separa les dues cèl·lules filles i que formarà la nova paret cel·lular.

2.3. Meiosi

Reproducció sexual: procés de fecundació de 2 gàmetes.

Meiosi: 46 cromosomes fan meiosi, surten 23 gàmetes.

Consisteix en dues divisions cel·lulars consecutives, entre les quals no es produeix duplicació de l'ADN. Com a resultat, es formen 4 cèl·lules amb la meitat de cromosomes que la cèl·lula mare. La meiosi només té lloc durant la formació dels gàmetes. Les cèl·lules resultants de la meiosi no són iguals entre si, a diferència del que passa en la mitosi, es fa un intercanvi de porcions cromosòmiques, s'anomena entrecreuament i té com a resultat la recombinació genètica.

Diferència entre mitosi i meiosi:

• Mitosi: és el tipus de divisió cel·lular que té lloc en totes les cèl·lules per créixer i per a la reparació dels teixits.
• Meiosi: és necessària per a la reproducció sexual.

2.4. Formació dels gàmetes

La formació dels gàmetes, s'anomena espermatogènesi i oogènesi, es fa mitjançant la meiosi. Té lloc en els òrgans reproductors i comença a la pubertat.

• Espermatozoides: són creats per cèl·lules especials dels testicles anomenades espermatogonis.
• Òvuls: es creen a l'ovari per les oogònies.

Genètica mendeliana

3.1. Gens, genotip i fenotip

Gen: controla la producció d'un pigment anomenat melanina. Cada individu posseeix dos gens per aquest caràcter, un en cada cromosoma. (Ex: Mm, Mm - heterozigot, MM, mm - homozigot).

Genotip: conjunt de gens que posseeix un individu.

Factors ambientals: poden influenciar el fenotip (nutrició, malalties, etc.).

Fenotip: aparença externa d'un caràcter genètic. El fenotip depèn del genotip i del factor ambiental.

Dominant (majúscula) - Recessiu (minúscula)

3.2. Lleis de Mendel

3.2.1. 1a Llei de Mendel

(F1) Progenitors homozigòtics - MM i mm (albí), 100% dels fills seran heterozigots.

3.2.2. 2a Llei de Mendel

(F2) 75% normals, 25% albins. El caràcter recessiu torna a la segona generació.

3.2.3. 3a Llei de Mendel

Varietats pures (pèsols) groc llis (AABB), verd rugós (aabb), s'encreuen entre si i surten 4 gàmetes diferents: AB, Ab, aB, ab.

L'ADN i les mutacions

4.1. Estructura de l'ADN

L'ADN està format per la unió de nucleòtids, que es formen per la unió de tres molècules: un monosacàrid, un àcid fosfòric i una base nitrogenada. Tipus de nucleòtids diferents: A (adenina), T (timina), C (citosina), G (guanina).

Doble hèlix d'ADN: dues cadenes de nucleòtids enrollades entre si. Aquests enllaços només es formen entre les bases A-T i C-G. Les dues cadenes són complementàries.

4.2. Duplicació de l'ADN

Abans de cada divisió cel·lular, la cèl·lula fa una còpia exacta del seu ADN. S'anomena duplicació de l'ADN i es produeix de la següent manera:

• La doble hèlix d'ADN es desenrotlla i les dues cadenes se separen.
• Els nucleòtids lliures de la cèl·lula al nucli es poden unir als nucleòtids de l'ADN.
• Els nous nucleòtids incorporats s'uneixen entre si i donen lloc a les noves cadenes d'ADN.

4.3. Mutacions

Són canvis en l'ADN. Són espontànies, a l'atzar, en qualsevol cèl·lula. Si es produeixen en les cèl·lules que formen els gàmetes, es transmeten a la descendència. La freqüència de mutació és molt baixa. Normalment la mutació és perjudicial per a l'individu que la porta o per als seus descendents, però, a vegades, una mutació pot ser beneficiosa i millorar la capacitat de supervivència de l'individu.

Tipus de mutacions:

• Gèniques: són degudes a errors que es produeixen durant el procés de duplicació de l'ADN.
• Cromosòmiques: són les que afecten el nombre o l'estructura dels cromosomes.

Evolució biològica

5.1. Origen de la vida

Pasteur: tot ésser viu prové d'un altre ésser viu.

Les primeres molècules es van formar a partir dels gasos de l'atmosfera primitiva per l'acció de descàrregues elèctriques produïdes per les tempestes i de la llum ultraviolada del sol.

5.2. Teories de l'evolució

5.2.1. Lamarckisme

Els éssers vius tenen una tendència innata al seu perfeccionament, que els permet adaptar-se als ambients més diversos.

Llei de l'ús i desús dels òrgans: els canvis de l'ambient creen necessitats en els organismes per adaptar-se a les noves condicions de vida. La funció crea l'òrgan.

Herència dels caràcters adquirits.

5.2.2. Darwinisme

Selecció natural: Charles Darwin intentava conèixer la teoria de la selecció natural (preserva les variacions favorables i elimina les desfavorables).

5.2.3. Neodarwinisme

Teoria de l'evolució. Les diferències hereditàries constitueixen la matèria primera de l'evolució. Afirma que l'evolució es basa en les mutacions i la selecció natural.

Ecologia

6.1. Nivells tròfics

• Autòtrofs: capaços de formar matèria orgànica que després fan servir per a les seves funcions vitals (productors).
• Heteròtrofs: (consumidors)
  • Primaris: herbívors.
  • Secundaris: carnívors i carronyaires.
  • Terciaris: carnívors que s'alimenten d'altres carnívors.

(Cadena tròfica)

Successió ecològica

S'anomena successió ecològica la seqüència ordenada dels canvis que experimenta una comunitat fins que aconsegueix arribar a un estat d'estabilitat. Es produeixen perquè els éssers vius de cadascuna de les etapes de la successió modifiquen l'ambient.

Successió primària: els canvis tenen lloc en una zona on no ha existit mai vegetació o ha estat totalment arrasada.

Etapa pionera: els primers organismes que es desenvolupen són éssers vius com molses. Aquests produeixen meteorització tant química com física, introdueixen les estructures de fixació a la roca, es filtra l'aigua, creix vegetació, moren i van sortint més plantes.