Teoria cel·lular, nucli, cromosomes i meiosi: guia completa

Història de les primeres observacions

Les primeres observacions de cèl·lules es remunten al 1665 (s. XVII), quan Robert Hooke va observar, amb un microscopi molt senzill construït per ell mateix, una làmina de suro. Hi va veure unes estructures geomètriques semblants a les cèl·lules d'una bresca d'abelles i les va denominar cèl·lules.

Des d'aleshores, altres científics van anar comprovant l'existència de cèl·lules a tots els teixits i organismes que observaven. Les primeres cèl·lules vives les va observar Anthony van Leeuwenhoek el 1674.

Avanços del segle XIX

A partir del s. XIX, el perfeccionament dels microscopis i el descobriment de tècniques de tinció de les preparacions van fer possible observar noves estructures cel·lulars:

• Robert Brown (1831) descobreix el nucli a l'interior de les cèl·lules vegetals.
• Matthias Schleiden i Friedrich Schwann (1838) estableixen, a partir de les seves observacions, que tots els vegetals i animals que van observar estaven formats per cèl·lules.
• Rudolf Virchow (1855) afirma que tota cèl·lula prové d'una altra cèl·lula preexistent.

Teoria cel·lular

Amb els postulats anteriors i afegint els coneixements actuals sobre microscòpia i estudis de l'estructura cel·lular, es desenvolupa la teoria cel·lular, que es pot resumir en els punts següents:

• Unitat estructural: la cèl·lula és la unitat estructural de tots els éssers vius (tots els éssers vius estan constituïts per una cèl·lula o més).
• Unitat funcional: la cèl·lula és la unitat funcional dels éssers vius (realitza els processos metabòlics que li permeten viure).
• Origen: tota cèl·lula procedeix d'una altra preexistent (les cèl·lules provenen de la divisió d'altres cèl·lules).
• Unitat genètica: la cèl·lula és la unitat genètica de tots els éssers vius (conté el material hereditari a través del qual les característiques d'una cèl·lula mare passen a altres).

El nucli i els seus components

El nucli cel·lular és una estructura fonamental en les cèl·lules eucariotes. Entre els seus components destacats hi ha:

• Embolcall nuclear: format per una doble membrana, l'externa i la interna, separades per un espai intermembranós. La membrana externa està connectada amb el reticle endoplasmàtic. Les dues membranes estan travessades per porus nuclears, a través dels quals es produeix l'intercanvi de substàncies entre el nucli i el citoplasma.
• Nucleoplasm o carioplasmàtic: és el medi aquós semblant al citoplasma on es troben immersos la resta dels components nuclears. És el lloc on es produeix la replicació de l'ADN nuclear.
• Cromatina: material genètic descondensat (ADN i proteïnes anomenades histones).
• Nuclèol: és un corpuscle esfèric i sense membrana que només es pot veure quan la cèl·lula no està en divisió. La seva funció principal és la formació de ribosomes (estructures relacionades amb la síntesi d'ARN). En una cèl·lula hi pot haver més d'un nuclèol.

Cromosomes

Els cromosomes són estructures amb forma filamentosa que apareixen durant la divisió cel·lular. Reparteixen la informació genètica continguda en l'ADN de la cèl·lula mare a les cèl·lules filles.

Químicament, els cromosomes estan constituïts per una cadena d'ADN molt enrotllada, a la qual s'uneixen diferents proteïnes que mantenen la seva estructura (histones).

Cada cromosoma està format per dues cromàtides que s'uneixen en un punt central anomenat centròmer. Una cromàtida conté una molècula de cromatina condensada i l'altra posseeix una altra molècula de cromatina idèntica, resultat de la replicació de l'ADN; per això podem parlar de cromàtides germanes en un cromosoma. Cada cromàtida presenta dos braços amb la mateixa llargària.

A l'extrem de les cromàtides, als organismes eucariotes hi sol haver un telòmer. Es tracta d'una seqüència de nucleòtids que es repeteix i que té la finalitat de protegir els extrems del cromosoma de ser danyats durant la divisió cel·lular.

Nombre de cromosomes i ploidia

Cada espècie té un nombre característic de cromosomes. Segons això hi pot haver:

• Organismes haploides: posseeixen un únic joc de cromosomes en les seves cèl·lules. Es representen amb la lletra n, que indica el nombre de classes diferents de cromosomes presents a cada cèl·lula.
• Organismes diploides: posseeixen un nombre parell de cromosomes en les cèl·lules somàtiques (no reproductores). Aquests cromosomes es denominen cromosomes homòlegs i cadascun prové del gamet d'un progenitor. Es representen per 2n.

1a divisió meiótica (Meiosi I)

Profase I

Comença un cop s'ha duplicat l'ADN i aquest es comença a condensar i empaquetar en forma de cromosomes. Els cromosomes homòlegs s'ajunten formant una parella anomenada bivalent o tèntrada, i es produeix un intercanvi d'ADN (recombinació genètica per sobreencreuament).

Metafase I

Hi ha una alineació de parells de cromosomes (2n) homòlegs a la placa equatorial del fus meiòtic (en ordre aleatori), assegurant una nova mescla de cromosomes paterns i materns. Les fibres del fus s'uneixen als cinetocors dels cromosomes.

Anafase I

Els cromosomes migren cap a cada pol. Cada cromosoma encara té dues cromàtides. Com que s'han produït entrecreuaments, les cromàtides ja no són idèntiques entre si.

Telofase I i citocinesi I

Telofase I: es formen els embolcalls nuclears al voltant de cada joc de cromosomes i desapareix el fus.

Citocinesi I: separació cel·lular que dóna lloc a dues cèl·lules filles que tenen, cadascuna, 23 cromosomes (en l'exemple humà). Cada cromosoma té dues cromàtides; per tant, hi ha nombre haploide de cromosomes però diploide d'ADN.

2a divisió meiótica (Meiosi II)

Profase II

Desapareix la membrana nuclear i es preparen els elements del fus. (En alguns casos es produeix una duplicació o reorganització dels centríols, segons l'espècie.)

Metafase II

Els cromosomes es disposen a l'equador de la cèl·lula.

Anafase II

Les dues cromàtides de cada cromosoma se separen i els nous cromosomes fills migren cap als pols oposats.

Telofase II i citocinesi II

Telofase II: els cromosomes es desespiralitzen, s'envolten d'un embolcall nuclear i sorgeixen dos nuclis; posteriorment es produeix la divisió del citoplasma.

Citocinesi II: la citocinesi és la fase en què les cèl·lules se separen totalment i definitivament. Les cèl·lules animals ho fan per estrangulació, mentre que les vegetals ho fan per fragmentació amb vesícules de l'aparell de Golgi.

ADN i ARN

ADN: és una biomolècula formada per nucleòtids de desoxirribosa i quatre bases nitrogenades: adenina, timina, guanina i citosina. L'ADN codifica la informació genètica i és la molècula que es replica durant la divisió cel·lular.

ARN: és una biomolècula monocatenària formada per ribonucleòtids amb les bases adenina, citosina, guanina i uracil. L'ARN té diverses funcions, entre les quals destaquen la transmissió de la informació genètica (ARN missatger), la síntesi de proteïnes (ARN de transferència i ARN ribosòmic) i altres funcions reguladores.