Membrana cel·lular i orgànuls: estructura, funcions i ciclo cel·lular

Composició i funcions de la membrana cel·lular

La membrana plasmàtica pot estar formada per tres tipus de components principals:

1) Lípids

Els fosfolípids formen una bicapa amb una capçalera hidrofílica i una cua hidrofòbica. D'aquests fosfolípids depèn la fluïdesa de la membrana, que està determinada per:

• Grau d'insaturació de les cadenes alifàtiques: més insaturació, més fluïdesa (menys interaccions de Van der Waals).
• Temperatura: més temperatura, més vibració de les parts i més fluïdesa.
• Composició química: alguns compostos, com l'anestèsic o el metanol, modifiquen la fluïdesa; més fluïdesa implica menys estabilitat de la membrana.

El colesterol intervé en aquest procés: fa les membranes més rígides a temperatures altes i menys rígides a temperatures baixes, mantenint-ne la fluïdesa. Les membranes vegetals no contenen colesterol i necessiten una membrana fluida per funcionar.

La bicapa lipídica és asimètrica i els lípids es poden moure per rotació o desplaçament.

2) Glúcids

Són oligosacàrids de la semicapa externa, units o no a lípids o proteïnes. En les cèl·lules vegetals formen la matriu extracel·lular i en les animals el glicocàlix (i la mucosa gàstrica). El glicocàlix té funció de reconeixement cel·lular.

3) Proteïnes

Es troben en una posició determinada de la bicapa segons la seva funció:

• Intrínseques: incrustades a la bicapa, amb zones hidrofòbiques i hidrofíliques. Poden ser transmembrana (travessen la membrana d'un costat a l'altre) o no transmembrana (encaixades, sense travessar-la).
• Perifèriques: associades a la membrana però no encaixades en ella. Són hidrofíliques i s'uneixen a qualsevol component de la membrana.

Funcions de la membrana

1. Permeabilitat selectiva: selecciona quines partícules i en quina concentració circulen cap dins o cap fora.
2. Transport de substàncies: mitjançant proteïnes transmembrana.
3. Recepció de senyals: rep senyals de l'exterior i les transmet a l'interior mitjançant receptors proteics.
4. Unió intercel·lular: permet l'estabilitat dels teixits.
5. Reconeixement cel·lular: el glicocàlix actua com a antigen dins de l'organisme.
6. Ancoratge cel·lular: la membrana proporciona punts d'ancoratge per al citoesquelet, que permeten canvis de forma, el moviment del citoplasma o l'estructura del fus mitòtic durant la divisió cel·lular.

Model de mosaic fluid

La membrana té una matriu formada per fosfolípids en forma de bicapa, amb llibertat de moviment (translació i rotació), que és responsable de la formació de la barrera de la membrana. Les proteïnes donen variETat de funcions a la membrana. La matriu lipídica forma una estructura fluida que permet el moviment horitzontal de les proteïnes. Els glúcids estan associats a lípids i proteïnes a la semicapa externa, formant el glicocàlix (reconeixement cel·lular i immunitat).

Reticle endoplasmàtic

Reticle endoplasmàtic rugós (RER)

Està format per un sistema de túbuls i sacs aplanats anomenats cisternes, delimitats per membrana, que es comuniquen formant una xarxa contínua que s'estén des de la membrana nuclear fins a l'hialoplasma.

Funcions principals:

1. Maduració de la cadena peptídica: es modifica químicament per adquirir la seva estructura nativa, els extrems es hidrolitzen i es produeix la glicosilació (unió d'un glúcid a la cadena peptídica), que serveix per marcar la proteïna per actuar-hi enzims, per diferenciar-la i per sintetitzar glicoproteïnes.
2. Empaquetament de la cadena peptídica: el RE classifica les cadenes peptídiques i les organitza als extrems dels sacs.
3. Generació de vesícules de transport: es produeixen per estrangulament de l'extrem i poden dirigir-se a tres llocs: a l'aparell de Golgi per acabar el procés de maduració, a la membrana citoplasmàtica per expulsar substàncies (vesícules de secreció) o a la membrana cel·lular per reposar les membranes (proteïnes, lípids i glúcids).

Reticle endoplasmàtic llis (REL)

Està format per túbuls de superfície llisa, a causa de l'absència de ribosomes a la cara hialoplasmàtica. El REL i el RER estan relacionats. Sovint el REL és escàs i només serveix com a lloc on surten vesícules de transport. És poc freqüent en les cèl·lules vegetals, excepte en alguns casos. En cèl·lules especialitzades realitza funcions com:

• Síntesi de lípids: tots els lípids es fabriquen aquí, també els de la membrana.
• Detoxificació: elimina toxines, sobretot de naturalesa lipídica, que entren al REL i són eliminades.
• Sarcoplasma: emmagatzema Ca²⁺. Capta i elimina el Ca²⁺ segons el potencial de membrana, cosa que produeix la contracció muscular.

Resum de funcions del REL

1. Síntesi de lípids (sintetitza i modifica).
2. Detoxificació (elimina tòxics liposolubles difícils d'eliminar pel cos).
3. Emmagatzematge (de Ca²⁺, important en la transmissió de l'impuls nerviós i la contracció muscular).
4. Defenestració: forma vesícules de transport per transportar lípids, glúcids i proteïnes, que funcionen a través de l'aparell de Golgi.

Aparell de Golgi

Està format per sacs independents apilats (dictiosomes) que formen cisternes. La cara més propera al nucli és la cara cis, i l'altra és la cara trans.

Funció

Madura les cadenes peptídiques procedents del reticle endoplasmàtic. Les cadenes arriben a l'aparell de Golgi empaquetades en vesícules, que poden seguir tres vies d'actuació:

• La vesícula de tipus 1 passa pels dictiosomes de la cara cis a la trans, convertint-se en tipus 2, que s'uneix a una altra del mateix tipus, procedent del RE o de l'aparell de Golgi, i passa a ser de tipus 4 (proteïna madura i completa).
• La vesícula de tipus 3 procedent del RE arriba a l'aparell de Golgi, el travessa pels dictiosomes i arriba a la cara trans, on es converteix en tipus 4.

Els diversos tipus de vesícules són:

1. Lisosomes: digestió intracel·lular (amb enzims digestius).
2. Vesícules de secreció: expulsen substàncies.
3. Vesícules de reposició: reposen la membrana que es desgasta durant el creixement o l'envelliment.

Endocitosi

És el transport de molècules envoltades per membrana, formant fagosomes. Pot ser de dos tipus:

1. Fagocitosi: quan una cèl·lula detecta una partícula externa, emet uns pseudopodis (prolongacions) que envolten la partícula i la fan entrar a l'interior (fagosoma).
2. Pinocitosi: les cèl·lules que tenen a la seva membrana receptors específics (cadascun per una substància) units a la part interna de la membrana a clatrines. Els receptors s'uneixen a les substàncies específiques i es van situant units formant una placa de clatrines, i es produeix una invaginació a la zona de la placa (les clatrines es poden contraure). La cèl·lula es tanca, incorporant les molècules captades formant el fagosoma. Un cop fet, les clatrines tornen a la seva posició inicial per començar de nou.

Ribosomes

Són orgànuls encarregats de fer la traducció, procés en el qual es llegeix un ARN missatger on es troben codificats per codons l'estructura primària de la cadena que es sintetitzarà amb els aminoàcids portats per l'ARN de transferència.

Estructura

Els ribosomes estan formats per dues subunitats (una de major mida i una de menor mida), cadascuna amb tres llocs on es localitzen els ARN de transferència en els diferents estats del procés. La subunitat major està formada per tres ARN ribosòmics i unes 45 proteïnes. La subunitat menor està formada per un ARN ribosòmic i unes 25 cadenes peptídiques.

Tipus

1. Ribosomes eucariotes: 80S.
2. Ribosomes procariotes: 70S.

Mitocondris

Són orgànuls que generen ATP per a l'intercanvi d'energia a la cèl·lula.

Estructura

En les cèl·lules eucariotes tenen membrana externa i interna, aquesta última molt plegada, ja que allà es troben els enzims de la cadena respiratòria encarregats de la producció d'ATP, cosa que augmenta la superfície i l'efectivitat. Entre les dues membranes hi ha un espai intermembranós i dins de la membrana interna hi ha la matriu mitocondrial, on hi ha ADN mitocondrial i ribosomes 70S.

Funció

Produeixen ATP.

Plastos

Són orgànuls vegetals formats per diverses membranes que tenen el seu propi ADN i ribosomes 70S, i que tenen funcions d'emmagatzematge i síntesi de matèria orgànica. N'hi ha molts tipus, però els tres més importants són:

1. Cloroplasts: plastos on s'emmagatzema clorofil·la i la seva funció és la fotosíntesi, que transforma la matèria inorgànica en orgànica.
   Estructura: tenen membrana externa llisa que controla la permeabilitat i també membrana interna llisa. Entre les dues membranes hi ha un espai intermembranós. Dins de la membrana interna hi ha un estroma, i dins de l'estroma, els tilacoides (sacs aplanats on es localitzen els pigments fotosintètics i es realitza la fase lluminosa de la fotosíntesi). Els tilacoides estan apilats formant estructures anomenades grana, unides per sacs més llargs (lamel·les). A l'estroma hi ha ADN de cloroplast i ribosomes 70S, i també és on s'acumula el midó.
   Els mitocondris i els cloroplasts es reprodueixen per bipartició a partir d'una cèl·lula ja existent.
2. Cromoplasts: emmagatzemen xantofil·la, carotenoides i licopens, i la seva funció és convertir matèria inorgànica en orgànica. La diferència entre els pigments està en la longitud d'ona que utilitza cadascun.
3. Leucoplasts: de color blanc perquè emmagatzemen midó, la seva funció és emmagatzemar substàncies de reserva.

Peroxisomes

Són vesícules carregades de catalases i peròxid d'hidrogen (H₂O₂). Les catalases són els enzims que converteixen el peròxid d'hidrogen en H₂O + O₂. La seva funció és desintoxicar, eliminant tòxics que no podem eliminar de forma metabòlica. S'usen per a les toxines liposolubles, que s'acumulen a la cèl·lula, es neutralitzen i s'eliminen.

En les cèl·lules vegetals trobem vacúols, estructures de gran mida, que tenen la funció d'emmagatzemar substàncies i aïllar-les del citoplasma per ser utilitzades quan la cèl·lula les necessiti.

Cicle cel·lular

Són les fases per les quals passa la cèl·lula al llarg de la seva vida:

Interfase

1. G1: transcripció i traducció per a la síntesi de proteïnes. Els cromosomes estan formats per una molècula.
2. S: replicació del material genètic. Una molècula d'ADN es duplica. Per cada cromosoma obtenim dues molècules d'ADN (díades) idèntiques i desplegades.
3. G2: transcripció i traducció específica d'enzims de la mitosi o meiosi. Als cromosomes es despleguen i, en la seva major part, el procés només conté un cromosoma.

Fase M

Està regulada per Start i Stop (donen el canvi o impedeixen el canvi de fase).

Apoptosi

És la mort cel·lular programada. Els introns (fragments d'ADN que no codifiquen) s'eliminen. Quan tots s'eliminen, la cèl·lula no pot seguir reproduint-se i mor.

Estructura del nucli cel·lular

És una cèl·lula eucariota amb el material genètic envoltat per una membrana nuclear (doble). A la cara externa hi ha ribosomes units a ribofòrines que s'adhereixen a ribosomes que sintetitzen proteïnes que seran empaquetades. La membrana té porus nuclears, que són octàmers formats per 8 proteïnes i una central (tap), que permeten selectivament el pas de substàncies entre el citoplasma i el nucli, i controlen el pas d'ions i de subunitats ribosòmiques (estructura formada per diverses molècules). Al carioplasma hi ha cromosomes desplegats. Els nucleofilaments són filaments intermedis que donen forma al citoesquelet. Hi ha cromatina interna formada per cromatina, que es troba desplegada.

Eucromatina

Conté un nucli on es transcriuen i s'ensamblen les subunitats ribosòmiques amb els ARN ribosòmics i les proteïnes ribosòmiques del citoplasma. El carioplasma conté proteïnes i enzims.

Heterocromatina

És la part dels cromosomes que la cèl·lula no necessita per a funcions vitals (cromatina plegada de 30-300 nm).

Meiosi

Profase I

Recombinació de característiques dels cromosomes homòlegs per augmentar la variabilitat genètica d'una espècie:

1. Leptoteno: desapareix la membrana nuclear i es dupliquen els centrosomes. El fus mitòtic està format per fibres.
2. Zigoteno: els cromosomes homòlegs s'encaren gen a gen, encara que els al·lels no siguin els mateixos (tètrades o bivalents).
3. Paquiteno: recombinació dels diferents tipus de gens; es recombinen les molècules de cada cromosoma amb el seu homòleg, augmentant les possibilitats de molècules d'ADN amb al·lels diferents.
4. Diploteno: desenredament dels cromosomes, quedant les zones de les recombinacions més unides, formant quiasmes.
5. Diacinesi: els bivalents es plegen i desapareix la membrana nuclear; els cromosomes es fan visibles.

Metafase I

Es duplica el centrosoma, es desenvolupa el fus mitòtic amb fibres contínues, les de l'àster i les cromosòmiques, i situen els bivalents al pla equatorial de la cèl·lula.

Telofase I

En cada parell de cromosomes homòlegs es desenvolupa una envoltura nuclear transitòria.