Unitat 11: Les funcions cel·lulars

Ja sabem que les cèl·lules són les unitats funcionals dels éssers vius Ja sabem que les cèl·lules són les unitats funcionals dels éssers vius. Això implica que fan les tres funcions vitals: nutrició, relació i reproducció. Veiem doncs com ho fan. FUNCIÓ DE NUTRICIÓ: Entenem per funció de nutrició l’obtenció de matèria i/o energia del medi extern per a utilitzar-la en la creació de matèria i energia pròpia, expulsant allò innecessari o perjudicial. El conjunt de reaccions químiques pels quals les substàncies es transformen dins la cèl·lula s’anomena metabolisme. Podem classificar el metabolisme en dos tipus segons si els productes són més o menys complexos que els reactius; i si les reaccions químiques produeixen o gasten energia. Si a partir de molècules complexes se n’obtenen de més simples i es produeix energia parlem de catabolisme. Si es construeixen noves biomolècules pròpies a partir d’altres de més senzilles i s’utilitza energia, parlem de catabolisme.

És evident que per a obtenir matèria de l’exterior, la cèl·lula està obligada a transportar-la a través de la membrana en un procés anomenat absorció. Podem classificar els processos d’absorció segons si consumeixen o no energia per part de la cèl·lula. Entre els processos que no consumeixen energia destaca la difusió, mentre que entre els que en consumeixen hi ha el transport actiu. DIFUSIÓ En la difusió el sentit de circulació de les substàncies a través de la cèl·lula, és sempre de més a menys concentració. Podem distingir dos tipus de difusió: la difusió simple es dona quan les molècules són solubles en la bicapa lipídica o són tan petites que poden passar per les escletxes de les proteïnes de membrana encara que tinguin els porus tancats. Així és com entren i surten de la cèl·lula els gasos.

La difusió facilitada té lloc quan les substàncies no són solubles en els lípids i no són prou petites, aleshores passen a través del porus obert d’una proteïna de membrana. TRANSPORT ACTIU El transport actiu consisteix en fer passar substàncies a través de la membrana de menys a més concentració. Aquest mecanisme requereix consum d’energia. Les substàncies passen pels porus de les proteïnes de membrana d’una manera semblant a la difusió facilitada.

Podeu veure animacions dels mecanismes d’absorció en el següent enllaç: http://www.youtube.com/watch?v=85QXSMt58Qo&feature=player_detailpage Quan les substàncies que han de travessar la membrana són molt grans, la cèl·lula modifica la seva forma i crea vacúols per integrar-les. La pinocitosi és el mecanisme d’entrada de gotetes líquides, a partir d’una invaginació de la membrana. Podeu veure una animació en el següent enllaç: http://www.youtube.com/watch?v=jm9AlNTGRYs&feature=player_detailpage La fagocitosi és el mecanisme que utilitzen les cèl·lules per ingerir grans partícules sòlides. En aquest cas, la cèl·lula emet unes prolongacions de la membrana i el citoplasma, anomenades pseudopodis. Els pseudopodis encerclen la partícula sòlida i formen un vacúol digestiu, on el lisosomes alliberen les substàncies digestives. Després de la digestió, la cèl·lula absorbeix per difusió les substàncies aprofitables; i expulsa les substàncies de rebuig. Podeu veure filmacions del procés de fagocitosi, obtingudes amb el microscopi òptic: http://www.youtube.com/watch?v=1cuaS2QKobA http://www.youtube.com/watch?v=aWItglvTiLc&feature=related

FUNCIÓ DE RELACIÓ: La funció de relació és el conjunt de processos que permeten a les cèl·lules captar els canvis que es produeixen en el seu entorn i respondre-hi adequadament. L'ambient no presenta sempre les mateixes característiques, es poden produir canvis en la quantitat de llum, en la temperatura, etc S'anomenen estímuls als canvis de l’entorn que pot percebre una cèl·lula determinada. Si una cèl·lula capta un estímul és perquè té la capacitat anomenada sensibilitat a aquell canvi ambiental. Quan les cèl·lules capten un estímul, poden elaborar una resposta que pot ser més o menys complexa. Els diferents tipus de respostes es poden classificar en actives o passives segons si impliquen moviment o no.

Respostes actives El moviment és la resposta activa que dóna la cèl·lula davant d'un estímul i que implica un canvi de posició de l'individu. Si el moviment es fa en la direcció de l'estímul s'anomena tropisme, que pot ser positiu si es fa cap a l'estímul o negatiu si és en sentit contrari. La resposta de moviment rep noms diferents segons l'estímul que la provoca: fototropisme si és la llum, hidrotropisme si és la presència d'aigua, etc. Els moviments cel·lulars, segons amb quines estructures es duen a terme, es poden classificar en tres tipus diferents: ameboide, vibràtil i contràctil. Moviment ameboide El moviment ameboide es desenvolupa per emissió de pseudopodis Les cèl·lules que fan moviments ameboides emeten pseudopodis en el sentit del moviment, que es van fent cada vegada més grans i s'omplen amb el material de la resta de la cèl·lula fins que tot l'organisme s'ha desplaçat. En la formació dels pseudopodis, i en el desplaçament posterior, hi ha una participació important del citosquelet.

L'organisme que dóna nom al moviment, l'ameba, n'és l'exemple més conegut. Les cèl·lules amb moviment ameboide es desplacen per l'emissió de pseudopodis.

Els cilis, més curts, s'acostumen a trobar en un nombre elevat. Moviment vibràtil El moviment vibràtil és degut a unes estructures allargades que sobresurten del citoplasma anomenades cilis i flagels, que desplacen la cèl·lula amb el seu moviment. Els cilis, més curts, s'acostumen a trobar en un nombre elevat. En canvi, els flagels, més llargs, només solen ser presents en nombre reduït. Tant els cilis com els flagels presenten a la base un element semblant a un centríol, que normalment tenen a prop seu mitocondris que li subministren l'energia necessària. Podeu veure un exemple d’organismes ciliats i flagelats en el següent vídeo: http://www.youtube.com/watch?v=QGAm6hMysTA

Podeu veure un exemple del moviment de les vorticel·les en els vídeos: Moviment contràctil El moviment contràctil es produeix quan les cèl·lules s'estiren i s'escurcen. Generalment només es produeix un canvi de posició, sense desplaçament de la cèl·lula. El moviment contràctil és típic de les cèl·lules musculars i d'alguns organismes unicel·lulars com ara les vorticel·les. Podeu veure un exemple del moviment de les vorticel·les en els vídeos: http://www.youtube.com/watch?v=hSFJ-spnn6c&feature=related http://www.youtube.com/watch?v=i7h7bfM5Vsc&feature=related Podeu veure vídeo de la contracció d’una cèl·lula cardíaca. http://www.youtube.com/watch?v=uZVHroDfDv4&feature=related

Respostes passives Les respostes passives a determinats estímuls que poden elaborar les cèl·lules són la formació d'estructures de resistència i la secreció de substàncies. Hi ha organismes que responen a un estímul mitjançant la formació d'una estructura de resistència, com ara el quist, que els permet sobreviure de manera latent quan les condicions ambientals no són les adequades. D'aquesta manera, alguns bacteris poden crear un quist o espora de resistència que els permetrà sobreviure en condicions adverses. Com a resposta a certs estímuls, hi ha cèl·lules que poden secretar substàncies i, aleshores, alliberar el contingut d'alguns vacúols al medi extern. És el cas d’algunes floridures o llevats que fabriquen antibiòtics naturals, com ara la penicil·lina. Podeu veure un vídeo sobre la història del descobriment de la penicil·lina http://www.youtube.com/watch?v=_dtFjHudG0s

FUNCIÓ DE REPRODUCCIÓ: Els éssers vius necessiten crear nous individus semblants o idèntics a ells que facin possible la continuïtat de la vida. Aquesta capacitat es coneix com a funció de reproducció. Els progenitors són els individus que generen nous éssers vius, que reben el nom de descendència. Hi ha dues formes de reproducció segons que s'esdevinguin canvis o no en el material genètic: Si la informació genètica no varia parlem de reproducció asexual; aquest tipus de reproducció dóna lloc a individus idèntics entre si i amb el progenitor. Si la reproducció és de tipus sexual, el material genètic de dos progenitors es barreja i dóna lloc a un ésser nou amb una combinació de les característiques de tots dos. La descendència serà semblant als dos progenitors, però no serà idèntica a cap d'ells.

La vida d'una cèl·lula es desenvolupa mitjançant el que es coneix com a cicle cel·lular. Es distingeixen dues etapes: La interfase o repòs. En aquesta etapa, la cèl·lula creix fins a arribar a una mida adequada. És en aquest moment quan es duplica el DNA (si és una cèl·lula animal, també es dupliquen els diplosomes) i la cèl·lula es prepara per a la divisió. La divisió cel·lular o fase M. En aquesta etapa, es produeix la mitosi o la meiosi. Reproducció asexual En els organismes unicel·lulars la reproducció asexual consisteix sobretot en la divisió cel·lular per mitosi, en la qual a partir d'una cèl·lula mare es formen dues cèl·lules filles o més amb el mateix nombre de cromosomes que la cèl·lula progenitora. Tot i que es tracta d'un procés continu, s'estableixen quatre fases anomenades profase, metafase, anafase i telofase. Amb l'última fase de la mitosi es pot produir la divisió del citoplasma o citocinesi.

Profase Durant la profase desapareixen l'embolcall nuclear i el nuclèol; i els cromosomes es comencen a fer visibles amb les dues cromàtides unides pel centròmer. Apareix el fus acromàtic format per les fibres de l'àster entre els dos diplosomes a la cèl·lula animal o per les fibres que es formen entre zones més denses del citoplasma a les cèl·lules vegetals. Metafase A la metafase, el fus acromàtic està del tot desenvolupat entre els dos pols de la cèl·lula i els cromosomes totalment condensats es van situant al centre del fus amb cada cromàtide mirant cap a un dels pols. Anafase Durant l'anafase es trenquen els centròmers i les cromàtides separades es van desplaçant cap a pols oposats de la cèl·lula. Telofase - A la telofase, les cromàtides arriben als dos pols de la cèl·lula i es comencen a formar els dos nuclis, al mateix temps que se separen per acció dels filaments del fus. Reapareixen els embolcalls nuclears i els nuclèols i, alhora, els cromosomes es descondensen.

Citocinesi En la majoria de casos, després de la divisió del nucli es produeix una divisió del citoplasma, que queda repartit entre les cèl·lules filles. Aquest procés rep el nom de citocinesi. En les cèl·lules animals, els filaments del citosquelet estrangulen el citoplasma i en les cèl·lules vegetals es forma un envà, anomenat fragmoplast, originat per l'aparell de Golgi.

En produir-se la citocinesi, les dues cèl·lules filles poden ser de la mateixa mida (procés que rep el nom de bipartició) o tenir mides molt diferents (procés anomenat gemmació). - Si la citocinesi es produeix després de moltes mitosis i com a resultat apareixen moltes cèl·lules filles, es parla d'esporulació.

Podeu veure una animació del procés de la mitosi: http://www.youtube.com/watch?v=5uPC-HMFNMo&feature=fvst Els organismes pluricel·lulars utilitzen la mitosi per crear noves cèl·lules i créixer. Reproducció sexual En la reproducció sexual, el material genètic dels dos individus progenitors es combina i dóna lloc a un nou ésser amb característiques semblants als dos progenitors, però que no serà idèntic a cap dels dos. Per tal que es pugui produir cal que hi hagi un tipus de divisió cel·lular anomenat meiosi. La meiosi és un tipus de divisió cel·lular pel qual una cèl·lula diploide (amb 2n cromosomes) dóna quatre cèl·lules filles haploides (amb n cromosomes). La meiosi és un procés característic de la reproducció sexual i té la funció de mantenir constant el nombre de cromosomes de l'espècie.

La meiosi consta de dues divisions mitòtiques successives, però només es produeix duplicació del DNA abans de la primera. Encara que la meiosi és un procés continu s'estableixen un seguit de fases anomenades: Meiosi I o divisió reductora. Meiosi II o divisió equacional. Entre totes dues fases hi pot haver una interfase molt curta, anomenada intercinesi. La meiosi I presenta les mateixes fases d'una mitosi, però amb algunes característiques diferents. El procés més llarg i més significatiu de la meiosi té lloc a la profase I, en la qual els cromosomes es fan visibles, però aparellats els dos homòlegs, un d'origen matern i l'altre d'origen patern. Gràcies a aquest aparellament es pot produir l'intercanvi de fragments de DNA entre ells o recombinació. La segona divisió meiòtica és fonamentalment una mitosi. A la pàgina web d'Access Excellence (Idioma: anglès), podeu trobar explicada la meiosi amb esquemes.

En alguns individus procariotes es produeix intercanvi de material genètic gràcies a un procés conegut com a conjugació bacteriana. Gràcies a aquest procés, els bacteris poden intercanviar entre si còpies de material genètic extracromosòmic (plàsmids) a través de les estructures conegudes com a pili i obtenir característiques que no tenien abans de rebre el material genètic extra, com, per exemple, la resistència a un antibiòtic determinat.