LA CÈL·LULA Unitat 1: HISTÒRIA DEL DESCOBRIMENT DE LA CÈL·LULA. EL MICROSCOPI. L’ULL DEL MICROBIÒLEG. DIVERSITAT D’ORGANISMES. ÉSSERS UNICEL·LULARS. ÉSSERS PLURICEL·LULARS. NIVELLS D’ESTRUCTURACIÓ DE LA MATÈRIA. ELS BIOELEMENTS I LES BIOMOLÈCULES. ESTRUCTURA DE LA CÈL·LULA. CÈL·LULA PROCARIOTA. CÈL·LULA EUCARIOTA. CÈL·LULA VEGETAL. CÈL·LULA ANIMAL. LA CÈL·LULA COM A UNITAT FUNCIONAL DELS ÈSSERS VIUS.

Història del descobriment de la cèl·lula Anton Van Leeuwenhoek (Delft, 1632- 1723) pare de la microbiologia i inventor del microscopi simple. (Galileu ja havia inventat l’Occhiolino (microscopi compost (una lent convexa i una altra còncava amb anterioritat)). Leeuwenhoek era autodidacta. Va ser el primer a observar al microscopi diverses espècies de microorganismes i cèl·lules amb lents que ell mateix va construir.

La cèl·lula L’any 1665 Robert Hooke (Freshwater, 18 de juliol de 1635 - Londres, 3 de març de 1703) L’any 1665 publica Micrographia, els resultats de les observacions sobre teixits vegetals (amb el seu propi microscopi)de Quercus suber, entre altres. Apareix per primer cop la paraula cèl·lula. Similitud amb cel·les d’un rusc.

1745: John Needham va descriure la presència de «animalcles» o «infusoris»; es tractava d’éssers unicel·lulars. Dècada de 1830: Theodor Schwann va estudiar la cèl·lula animal; juntament amb Matthias Schleiden van postular que les cèl·lules son les unitats elementals a la formació de las plantes i animals, i que són la base fonamental del procés vital. TEORIA CEL·LULAR: La cèl·lula és la unitat estructural (tot ésser viu està constituït per cèl·lules), funcional (fa tots els processos metabòlics que li permeten viure) i genètica. A més tota cèl·lula procedeix d’una altra preexistent.

1831: Robert Brown va descriure el nucli cel·lular. 1839: Purkinje va observar el citoplasma cel·lular. 1850: Rudolf Virchow va postular que totes les cèl·lules provenen d’altres cèl·lules.

1857: Kölliker va identificar els mitocondris. 1860: Pasteur va realitzar multitud de estudis sobre el metabolisme de llevats y sobre la asèpsia. 1880: August Weismann descobrí que las cèl·lules actuals comparteixen similitud estructural y molecular amb cèl·lules de temps remots.

1931: Ernst Ruska va construir el primer microscopi electrònic de transmissió a la Universitat de Berlín. Quatre anys mes tard, va obtenir un poder de resolució doble a la del microscopi òptic. 1981: Lynn Margulis publicà la hipòtesi sobre la endosimbiosi serial, que explica l’origen de la cèl·lula eucariota.

Louis Pasteur (27 de desembre 1822 – 28 de setembre 1895) fou un microbiòleg i químic francès. Louis Pasteur va demostrar que el procés de fermentació és causat pel creixement de microorganismes, i que el creixement de microorganismes en brous de nutrients no és degut a la generació espontània.

Va exposar brous bullits i airejats en vasos que contenien filtres per impedir l'accés a totes les partícules i fins i tot vasos sense cap filtre, admetent aire que passava via un tub llarg i tortuós que no permetria passar la pols de les partícules. Res creixia als brous; per això, va demostrar que els organismes vius que creixien als brous venien de fora, com espores en la pols, i no es generaven pas espontàniament en el brou. Així, Pasteur donava el cop de mort a la teoria de la generació espontània i confirmava la teoria dels gèrmens.

EL MICROSCOPI. L’ULL DEL MICROBIÒLEG. Microscopis òptics. Basats en lents òptiques. Microscopis òptics simples: Els microscopis de Leeuwenhoek constaven d’una sola lent petita i convexa muntada sobre una planxa amb un mecanisme per a subjectar el material. Inclou la lupa, entre altres aparells òptics.

EL MICROSCOPI. L’ULL DEL MICROBIÒLEG. Microscopis òptics. Basats en lents òptiques. Microscopis òptics compostos: Tenen més d’una lent. En la seva forma més simple, com la qual va utilitzar Robert Hooke, té una sola lent de vidre de distància focal curta que se situa prop de l’objecte (l’objectiu), i una altra lent de vidre prop de l’ull de l’observador (l’ocular). Aquest tipus de microscopis s’utilitzen especialment per a examinar objectes transparents o tallats en làmines tan fines que transparenten. ocular revòlver objectiu mecanisme d’enfocament suport estructural platina mirall condensador

EL MICROSCOPI. L’ULL DEL MICROBIÒLEG. Els microscopis d’aquest tipus solen ser més complexos, amb diverses lents tant en l’objectiu com en l’ocular. L’objectiu d’aquestes lents és el de reduir les aberracions, concretament l’aberració cromàtica i l’aberració esfèrica. En els microscopis moderns, el mirall se substitueix per un llum que ofereix una il·luminació estable i controlable.

EL MICROSCOPI. L’ULL DEL MICROBIÒLEG. Els microscopis composts s’utilitzen per estudiar mostres primes, ja que la seva profunditat de camp és molt limitada. En general, s’utilitzen per a examinar cultius, preparacions triturades o una làmina molt fina d’un material qualsevol. Normalment depèn de la llum que travessi la mostra des de baix i usualment són necessàries tècniques especials per a augmentar el contrast de la imatge.

EL MICROSCOPI. L’ULL DEL MICROBIÒLEG. La resolució dels microscopis òptics està restringida per un fenomen anomenat difracció que, depenent de l’obertura numèrica (AN) del sistema òptic i la longitud d’ona de la llum utilitzada (lambda), estableix un límit definit (d) a la resolució òptica. Suposant que les aberracions òptiques fossin menyspreables, la resolució màxima assolible seria:

EL MICROSCOPI. L’ULL DEL MICROBIÒLEG. Normalment, se suposa una λ de 550 nm, corresponent a la llum verda. Si el medi és l'aire, la AN pràctica màxima és de 0,95, i en el cas d'oli de fins a 1,5. Això implica que, fins i tot el millor microscopi òptic està limitat a una resolució d'uns 0'2 micròmetres (µm). Es pot millorar una mica la resolució disminuint la longitud d'ona, el que s'aconsegueix amb microscopis de llum ultraviolada.

EL MICROSCOPI. L’ULL DEL MICROBIÒLEG. Microscopis òptics. Basats en lents òptiques. Microscopis òptics especials: microscopi de llum ultraviolada: Augmenta la resolució. microscopi petrogràfic o de polarització: S’utilitza per quantificar els minerals en roques ígnies i metamòrfiques. microscopi en camp fosc: Llum sobre el cos. Sobresurt sobre el fons fosc. Com la pols a la vora de la finestra. microscopi de fase: S’utilitza per veure objectes incolors. microscopi de fluorescència: Emissió de llum fluorescent per part de la mostra.

EL MICROSCOPI. L’ULL DEL MICROBIÒLEG. Estigma d’arabidopsis en UV (fluorescència UV)

EL MICROSCOPI. L’ULL DEL MICROBIÒLEG.

EL MICROSCOPI. L’ULL DEL MICROBIÒLEG. Ammonia tepida, un foraminífer (Protists). Camp fosc

EL MICROSCOPI. L’ULL DEL MICROBIÒLEG. Naegleria gruberi (ameba). CONTRAST DE FASE.

EL MICROSCOPI. L’ULL DEL MICROBIÒLEG. FLUORESCÈNCIA

EL MICROSCOPI. L’ULL DEL MICROBIÒLEG. Microscopis electrònics. Usen electrons en comptes de fotons. Permeten molta major resolució (0,001 µm). Es pot arribar a 106 augments o més (103 als òptics), ja que la longitud d’ona és molt menor que als fotons. Inventat per Ernst Ruska (1931). Comercialitzat per Siemens. Es poden classificar en Microscopis electrònics de transmissió (TEM, transmission electron microscope) Microscopis electrònics de rastreig (SEM, scanning electron microscope) : TEM

EL MICROSCOPI. L’ULL DEL MICROBIÒLEG. Un microscopi electrònic funciona mitjançant un feix d’electrons generats per un canó electrònic, accelerats al buit per un alt voltatge i focalitzats per lents magnètiques. Els electrons atravessen la mostra (deshidratada) i les lents amplifiquen. Es forma una imatge sobre una placa fotogràfica o sobre una pantalla sensible a l’impacte dels electrons que transfereix l’imatge formada a la pantalla d’un ordinador. Només es poden veure en blanc i negre, no utilitzen la llum, però es pot donar color a l’ordinador.

EL MICROSCOPI. L’ULL DEL MICROBIÒLEG. Microscopis electrònics de rastreig (SEM, scanning electron microscope) Es recobreix la mostra amb un metall. S’envien electrons i es mira com respon el material. Alta resolució Imatges 3D Molt útil per mirar materials metàl·lics, petris i orgànics.

TEM

Diversitat d’organismes Éssers unicel·lulars Bacteris Protists Protozous Algues (algunes) Fongs (ex: llevats) Éssers pluricel·lulars (tota la resta)

Diversitat d’organismes Llevats Vibrio cholerae

Diversitat d’organismes Cocs Protist

Diversitat d’organismes Diversitat de diatomees Felis concolor

Nivells d’estructuració de la matèria

Nivells d’estructuració de la matèria

Els bioelements i les biomolècules Bioelements: Elements químics que estan presents als éssers vius. Majoritaris: C, H, O, N, S, P, (Ca). Minoritaris i Oligoelements : Na, K, Cl, Mg, F, Fe, Al, Mn, Si, altres. * En total hi ha uns 70 elements relacionats amb la vida.

Els bioelements i les biomolècules Els bioelements es combinen entre sí. Apareixen les biomolècules. Biomolècules inorgàniques (minerals) : Aigua (H2O) Sals minerals Biomolècules orgàniques : Glúcids Lípids Proteïnes Àcids nucleics.

Els bioelements i les biomolècules Biomolècules inorgàniques Aigua : 70 – 90 % del contingut dels organismes. Funcions: Dissolvent. Hidrosolubilitat. (per ex tampó de pH). Transport de substàncies (per ex a la sang, els tòxics, el xilema, ...). Intercanvi de substàncies sang – cèl·lula. Difusió. Regulador de la temperatura corporal. Tampó tèrmic. Com a reactiu químic en reaccions d’hidròlisi, hidratació i oxidoreducció. Flexibilitat i turgència. Sals minerals : Es necessiten en quantitats modestes. Funcions: Estructura òssia i dental. Closques. Regular el balanç hídric. Moviment de líquids. Intervenen en la transmissió nerviosa i l’activitat muscular. Col·laboren en l’entrada de substàncies dins la cèl·lula. Col·laboren en processos metabòlics. Col·laboren en el sistema immunitari. Hemoglobina i clorofil·la.

Els bioelements i les biomolècules Biomolècules orgàniques : Totes posseeixen un “esquelet químic” de C. Formades per C, H, O i N. S i P en menor mesura. Glúcids (hidrats de carboni, carbohidrats). C, H, O. Funció energètica (4 Kcal/g) entre altres. Monosacàrids. Ex: Glucosa, fructosa. Disacàrids. Ex: Sacarosa, lactosa. Polisacàrids. Ex: No son dolços. Ex: Midó, cel·lulosa, quitina, glucogen.

Els bioelements i les biomolècules Lípids. Insolubles en aigua. C, H, O. També N i P. 9 Kcal / g. Alguns son saponificables. Triglicèrids : Reserva energètica. Aïllant tèrmic. Altres. Fosfolípids : Membranes biològiques. Ceres : Capa protectora. Cabell, plomes, fruites, ... Terpens : Pigments (colors) i essències. Algunes vitamines : K, A i E. Esteroides : Hormones (sexuals i suprarenals), bilis, colesterol, Vit D.

Els bioelements i les biomolècules Proteïnes. C, H, O, N, S. i P. 4 Kcal / g. Formades per combinacions de 20 aminoàcids. Funcions : Estructural. Formen membranes i orgànuls. Catalitzadors de reaccions químiques. Enzims. Transport. Coordinació i regulació (hormones). Moviment. Múscul, actina i miosina. Funció immunitària. Energètica (casos de dejú prolongat).

Els bioelements i les biomolècules Àcids nucleics : C, H, O, N i P. Formats per bases nitrogenades que formen nucleòtids. Porten informació que codifica per proteïnes. Són la base genètica. Dos tipus principals. ADN (DNA). Àcid desoxiribonucleic. ARN (RNA). Àcid ribonucleic. Un tipus d’àcid nucleic és l’ATP (adenosin trifosfat). És la “benzina” dels éssers vius.

La Cèl·lula Procariota Tots són éssers unicel·lulars. No tenen nucli. ADN dispers pel citoplasma. Molt primitives. Paret bacteriana. (excepte Mycoplasma) Cilis i flagels. Archaea i Eubacteria. (ex Monera) Cocs, Bacils, Espirulars i espiroquetes, Vibrio.

La Cèl·lula Procariota Pseudomona sp.

La Cèl·lula Eucariota Material genètic tancat en una doble membrana (nucli). Alta presència d’orgànuls cel·lulars. Són molt més grans que els procariotes. Presència de cloroplasts (vegetals) i mitocondris. (Teoria Endosimbiòtica). Pàgines 10, 11, 12, 13, 14 i 15 del llibre (orgànuls)