La Cèl·lula: Nivells d'Organització, Teoria Cel·lular i Estructura

Nivells d'Organització de la Matèria Viva

La matèria viva està organitzada en diferents nivells de complexitat, des dels elements químics fins als ecosistemes.

Nivell Atòmic

• Format per bioelements, que són els elements químics que constitueixen la matèria viva.
• Exemples: C (carboni), H (hidrogen), O (oxigen), N (nitrogen), P (fòsfor), S (sofre).

Nivell Molecular o Bioquímic

Resulta de la unió dels bioelements mitjançant enllaços químics, formant biomolècules.

Subnivells del Nivell Molecular

1. Molècules: biomolècules de pes baix.
   • Inorgàniques: aigua, sals minerals.
   • Orgàniques: glúcids (monosacàrids, disacàrids), lípids, aminoàcids, nucleòtids.
2. Macromolècules: formades per la polimerització de monòmers (ex: proteïnes, àcids nucleics).
3. Complexos Supramoleculars: agrupacions estructurals i funcionals de molècules i macromolècules.
   • Exemples: membrana plasmàtica, virus.
4. Orgànuls Cel·lulars: estructures amb funcions concretes dins la cèl·lula.

Nivell Cel·lular (Citologia)

• La cèl·lula és la unitat bàsica de la vida.
• Conjunt organitzat de molècules, macromolècules, complexos supramoleculars i orgànuls.
• Realitza totes les funcions vitals: nutrició, relació i reproducció.

Nivell Pluricel·lular

• Organismes formats per més d’una cèl·lula eucariota.
• Nivells d'organització dins el pluricel·lular:
  • Tissular (Teixit): grup de cèl·lules similars que fan una funció concreta (ex: teixit nerviós).
  • Òrgan: agrupació de teixits que treballen coordinadament (ex: cervell).
  • Aparell o Sistema: conjunt d’òrgans amb una funció comuna (ex: sistema nerviós).

Nivell de Població i Ecosistema

• Població: conjunt d’individus d’una mateixa espècie que viuen en un mateix lloc i temps.
• Ecosistema: conjunt de poblacions i el medi on viuen, amb les seves interrelacions.

La Microscòpia i el Descobriment de la Cèl·lula

La invenció del microscopi va permetre descobrir l’existència de les cèl·lules i desenvolupar la teoria cel·lular.

La Teoria Cel·lular

La teoria cel·lular estableix que la cèl·lula és la unitat:

• Estructural: tots els éssers vius estan formats per una o més cèl·lules.
• Funcional: és la unitat capaç de mantenir-se viva i realitzar les funcions vitals.
• Reproductiva: tota cèl·lula prové d’una altra cèl·lula preexistent.
• Genètica: conté la informació hereditària per al funcionament i la transmissió als descendents.

Components Bàsics de la Cèl·lula

Totes les cèl·lules presenten tres parts essencials:

1. Membrana Plasmàtica – delimita i protegeix la cèl·lula.
2. Citoplasma – medi intern on es troben els orgànuls.
3. Material Genètic – conté la informació hereditària (ADN o ARN).

Tipus d’Organització Cel·lular

Segons la seva complexitat, distingim:

• Cèl·lules Procariotes: sense nucli definit.
• Cèl·lules Eucariotes: amb nucli delimitat i orgànuls membranosos (animals i vegetals).

La Cèl·lula Procariota

Les cèl·lules procariotes són les més senzilles i antigues (com les bacterianes).

Característiques Generals

• No tenen nucli definit: el material genètic es troba lliure al citoplasma (en una regió anomenada nucleoide).
• No tenen orgànuls envoltats per membranes.
• Són unicel·lulars i de mida petita.
• Es reprodueixen per bipartició (una cèl·lula es divideix en dues).

Components Principals

1. Membrana Plasmàtica: regula l’intercanvi de substàncies.
2. Paret Bacteriana: capa rígida que dona forma i protecció.
3. Citoplasma: conté ribosomes i biomolècules.
4. Nucleoide: zona on hi ha l’ADN bacterià (una única molècula circular).
5. Plàsmids: petits fragments d’ADN addicionals amb gens útils (com la resistència a antibiòtics).
6. Ribosomes: sintetitzen proteïnes.
7. Estructures Opcionals:
   • Càpsula: capa externa protectora.
   • Flagels: permeten el moviment.
   • Fímbries: ajuden a l’adherència a superfícies.

La Cèl·lula Eucariota

Són les cèl·lules més complexes. Tenen nucli i molts orgànuls especialitzats.

Característiques Generals

• Presenten nucli envoltat per una membrana nuclear que conté l’ADN.
• Tenen orgànuls delimitats per membranes.
• Formen organismes unicel·lulars (com els protozous) o pluricel·lulars (animals, plantes, fongs).
• Poden ser de tipus animal o vegetal.

4.1. Membrana Plasmàtica

• Estructura: bicapa de fosfolípids amb proteïnes distribuïdes de manera irregular.
• Funcions:
  • Delimita i protegeix la cèl·lula.
  • Regula l’intercanvi de substàncies entre l’interior i l’exterior.
  • Permet l’entrada/sortida de molècules petites per difusió o transport actiu.
  • Les partícules grans entren per endocitosi i surten per exocitosi (mitjançant deformacions de la membrana).

4.2. Paret Cel·lular

• Present en: cèl·lules vegetals i fongs (no en animals).
• Composició: principalment de cel·lulosa (en plantes).
• Funcions:
  • Dona forma, rigidesa i consistència.
  • Protegeix contra agents tòxics i microorganismes.

4.3. Citoplasma

Espai entre la membrana plasmàtica i el nucli. Conté:

Citosol (Hialoplasma)

• Matriu fluida amb biomolècules.
• És el lloc on es produeixen la majoria de reaccions químiques del metabolisme.

Citoesquelet

• Xarxa de filaments proteics (microfilaments, filaments intermedis i microtúbuls).
• Funcions:
  1. Donar suport als orgànuls cel·lulars.
  2. Mantenir la forma de la cèl·lula.
  3. Permetre el transport intern de vesícules i substàncies.

Orgànuls Citoplasmàtics

1. Reticle Endoplasmàtic (RE)

• Xarxa de tubs i sacs membranosos.
• Dos tipus:
  • Rugós (RER): amb ribosomes adherits. Sintetitza proteïnes de membrana o de secreció.
  • Llis (REL): sense ribosomes. Sintetitza lípids i realitza la desintoxicació de substàncies.

2. Aparell de Golgi

• Format per sacs aplanats (cisternes) i vesícules.
• Funcions:
  • Modifica proteïnes i lípids provinents del reticle.
  • Els empaqueta i allibera en vesícules per exocitosi.
  • Forma altres orgànuls, com els lisosomes.

3. Lisosomes

• Vesícules petites amb enzims digestius.
• Funció: digerir substàncies de fora (per endocitosi) o elements interns que cal eliminar (orgànuls vells).

4. Vacúols

• Vesícules grans, sobretot en cèl·lules vegetals.
• Funcions:
  • Emmagatzemar substàncies (aigua, pigments, residus...).
  • Mantenir la turgència de la cèl·lula vegetal.

5. Mitocondris

• Orgànuls allargats amb doble membrana.
• Funció: generar energia química (ATP) a partir de la glucosa mitjançant la respiració cel·lular.
• Equació simplificada:

  C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + Energia (ATP)

• És un procés aeròbic (requereix oxigen).

6. Cloroplasts

• Només presents en cèl·lules vegetals i algues.
• Contenen clorofil·la i realitzen la fotosíntesi.
• Fases de la Fotosíntesi:
  1. Fase Fotoquímica (Llum): l'energia solar es transforma en energia química (ATP i NADPH).
  2. Fase Biosintètica (Fosca): amb aquesta energia, el CO₂ i l’aigua es transformen en glucosa.

7. Ribosomes

• Petites partícules no envoltades per membrana.
• Formats per ARN ribosòmic i proteïnes.
• Funció: fabricar proteïnes segons la informació de l’ARN missatger (traducció).

8. Centrosoma

• Format per microtúbuls de tubulina (generalment dos centríols perpendiculars).
• Funcions:
  • Organitzar el citoesquelet.
  • Formar cilis i flagels.
  • Intervé en la divisió cel·lular (formació del fus mitòtic).

4.4. Origen Evolutiu: La Teoria Endosimbiòtica

Aquesta teoria explica com es van originar els mitocondris i els cloroplasts a partir de l'englobament de bacteris per part de cèl·lules primitives.

• Primera Endosimbiosi:

  Una cèl·lula primitiva va englobar un bacteri aerobi, que es va convertir en un mitocondri.

  → Origen de les cèl·lules eucariotes animals.

• Segona Endosimbiosi:

  Una cèl·lula amb mitocondris va englobar un bacteri fotosintètic, que es va convertir en un cloroplast.

  → Origen de les cèl·lules eucariotes vegetals.