Biologia Cel·lular: Conceptes Clau i Aplicacions

Teoria Cel·lular

Teoria cel·lular: Tot ésser viu està format per una o varies cèl·lules. La cèl·lula és capaç de dur a terme tots els processos per mantenir-se en vida. Tota cèl·lula prové d'una altra cèl·lula. La cèl·lula conté la informació necessària per a la síntesi de la seva estructura i el control del seu funcionament i és capaç de transmetre-la (autònoma i autopoètica).

Orgànuls Cel·lulars

ORGÀNULS:

• Membrana cel·lular: làmina que separa la cèl·lula de l'exterior, formada per fosfolípids, colesterol, glicoproteïnes i glicolípids.
• Paret Cel·lular: vegetals. Formada per cel·lulosa. Protegeix la cèl·lula de processos osmòtics.
• RER: síntesi, processament i emmagatzematge de proteïnes.
• REL: síntesi, emmagatzematge i transport de lípids.
• AG: emmagatzematge i transferència de glucoproteïnes.
• Lisosomes: digestió cel·lular. Enzims hidrolítics.
• Mitocondris: Respiració cel·lular.
• Cloroplasts: responsables de la fotosíntesi.
• Centríol: dos tubs. Divisió cel·lular i organització del citoesquelet.
• Citoesquelet: conjunt de fibres. Donen sosteniment i faciliten el transport de la cèl·lula.
• Vacúol: emmagatzematge de substàncies.
• Citoplasma: espai entre nucli i membrana. Hialoplasma i orgànuls.
• Envolcall nuclear: protegeix el material genètic.
• Nucleoplasma: espai que queda dins el nucli, hi té lloc la síntesi de l'ADN i la transcripció.
• Nuclèol: gran concentració d'ADN i proteïnes. Té la funció de síntesi de l'ARN ribosòmic.

Diferències entre Cèl·lula Animal i Vegetal

Animal/ Vegetal:

• Paret cel·lular: V
• Matriu: A
• Centríols: A
• Cilis: A
• Midó: V
• Glicogen: A
• Vacúols grans: V
• Lisosomes: A
• Cloroplasts: V
• Nucli central: A
• Nucli extern: V

Membrana Plasmàtica

MEMBRANA PLASMÀTICA: Bicapa lipídica formada per :

• 40% lípids : Fosfolípids, glicolípids i colesterol.
• 52% proteïnes: Les proteïnes són les responsables dels processos dinàmics de la membrana. Participen en l'estructura. Receptors de la membrana.
• 8% glúcids: glicolípids i glicoproteïnes -> glicocàlix. Animals. Es situen a l'exterior.

Funcions membrana:

• Protecció de la cèl·lula.
• Reconeixement cel·lular d'altres cèl·lules i d'estímuls externs.
• Regula l'intercanvi de substàncies.
• Participa en el control del medi perquè sigui estable.

Transport Cel·lular

Transport passiu: no requereix energia. A favor de gradient de concentració i electroquímic (càrrega).

• Difusió simple: molècules petites o ions.
• Difusió facilitada: Glucosa.

Transport actiu: Requereix ATP. En contra de gradient de concentració i electroquímic. Bomba de Na i K. 3Na a l'exterior i 2K a l'interior.

ENDOCITOSI: macromolècules. Tancament en vesícula- endosoma. EXOCITOSI: Cap a l'exterior- Secreció. Hi participen el REL i l'AG.

Teoria Endosimbiòtica

TEORIA ENDOSIMBIÒTICA: Tant el mitocondri com el cloroplast eren cèl·lules procariotes que es van tornar simbionts i es van especialitzar en una funció. Evidències:

• La membrana és molt similar a la citoplasmàtica.
• Tenen el seu propi ADN.
• Tenen ribosomes.

Reproducció Cel·lular

Reproducció Asexual

REPRODUCCIÓ ASEXUAL: Els individus descendents són idèntics genèticament als seus progenitors. No participen cèl·lules sexuals especialitzades en la reproducció. La variabilitat és baixa i es dona degut a mutacions (alteracions genètiques). Els processos són mitòtics.

Avantatges:

• Ràpid.
• Alt nombre de descendents.
• No requereix rituals d'aparellament.
• No es requereixen cèl·lules especials.
• Fàcil dispersió geogràfica (espores).

Inconvenients: Poca variabilitat.

Reproducció Sexual

REPRODUCCIÓ SEXUAL: Individus genèticament diferents, es fa a partir de cèl·lules haploides anomenades gàmetes que s'uneixen, aquests són produïts per meiosi.

Avantatges:

• Molta variabilitat - importància a nivell evolutiu.
• Protecció dels descendents.
• Equivalència de gènere.

Inconvenients:

• Reproducció lenta.
• Menor nombre de descendents.
• Calen rituals d'aparellament.

Cicle Cel·lular

CICLE CEL·LULAR:

• Interfase:
  • G1: transcripció de l'ADN i biosíntesi de proteïnes.
  • S: Duplicació total de l'ADN.
  • G2: Fase de preparació per a la divisió, biosíntesi de proteïnes per a la divisió.
• Període M o de divisió cel·lular: Formació de cèl·lules filles.
  • Cariocinesi (divisió del nucli): mitosi/meiosi.
  • Citocinesi: divisió del citoplasma.

Mitosi

MITOSI: Entre cèl·lules no sexuals (somàtiques i diploides), 2n- 2(2n).

• PROFASE: desapareix el nuclèol, es dupliquen els centríols, la membrana nuclear es desintegra, es condensen els cromosomes duplicats, apareixen microtúbuls- (fase tardana)-els microtúbuls es fan presents (fus mitòtic).
• METAFASE: Els cromosomes es situen en línia al llarg del pla equatorial, els microtúbuls cinetocòrics s'uneixen al cinetocor del cromosoma, el cromosoma metafàsic té forma de X.
• ANAFASE: Desplaçament de les cromàtides germanes, una a cada pol gràcies als microtúbuls cinetocòrics, inici de la formació de dos pols, apareixen microtúbuls interzonals.
• TELOFASE: Es fabrica un nou envolcall nuclear, els microtúbuls interzonals s'agrupen formant un feix, reapareixen els nuclèols i les cromàtides es comencen a descondensar.
• CITOCINESI.
  • Animal: per estrangulació.
  • Vegetal: Per septe intercel·lular.

Meiosi

MEIOSI: Es dona en cèl·lules sexuals. 2n- 2 (n) meiosi I- 4 (n) meiosi II. Procés de variabilitat genètica- evolució.

MEIOSI I:

• PROFASE I: Els cromosomes es condensen i es fan visibles en forma de creu, els cromosomes homòlegs s'aparellen (sinapsi), hi ha un encreuament entre dos o tres punts de contacte: encreuament/ quiasma: hi ha un intercanvi genètic d'una cromàtida amb una altra.
• METAFASE I: Els bivalents (els dos cromosomes junts) se situen a la placa equatorial alineats, estan units en els microtúbuls cinetocòrics- existeix el fus mitòtic.
• ANAFASE I: Es separen els cromosomes homòlegs recombinats genèticament, cada pol tindrà una còpia de cada (dues cromàtides).
• TELOFASE I: Es formen les membranes nuclears i es comencen a descondensar els cromosomes.
• CITOCINESI I: té lloc una divisió del citoplasma, s'obtenen dues cèl·lules haploides.

MEIOSI II:

• PROFASE II: Els cromosomes es tornen a condensar, torna a desaparèixer la membrana nuclear i el fus mitòtic= profase mitòtica.
• METAFASE II: Els cromosomes en forma de X se situen un sota l'altre.
• ANAFASE II: Separen les cromàtides, una a cada pol.
• TELOFASE II: es forma la membrana nuclear, els cromosomes es descondensen, apareixen fibres interzonals.
• CITOCINESI II: Obtenció de 4 cèl·lules filles haploides i diferents.

Enginyeria Genètica i Biotecnologia

Enginyeria genètica: conjunt de tècniques o eines biològiques que permeten manipular l'ADN. Biotecnologia: Integració del coneixement de les ciències i l'enginyeria genètica per tal d'aconseguir un bé o un producte. És l'aplicació de l'enginyeria genètica.

Tècniques d'Enginyeria Genètica

TÈCNIQUES DE L'ENGINYERIA GENÈTICA:

• Obtenció de fragments d'ADN:
  • Enzims de restricció: Proteïnes que tenen la funció helicasa. Enzims bacterians. Tallen ADN amb seqüències específiques que coneixen. (extrems cohesius, gen d'interès)
  • Transcriptasa inversa: Enzim propi dels retrovirus (sida) capaç de passar d'ARNm a ADN.
• Inserció de fragments d'ADN en vectors de clonació:
  • Vectors biològics:
    • Plasmidi: Fragment d'ADN circular de doble cadena exclusiu dels bacteris, es poden duplicar autònomament.
    • Virus.
  • Vectors no biològics:
    • Electroporació: Sotmetre una cèl·lula a un alt voltatge.
    • Microinjecció, Trets per microbales.
• Clonació de gens: Obtenir diferents còpies iguals d'aquest fragment.
• PCR: Ens permet obtenir moltes còpies d'un fragment d'ADN seqüenciat (en coneixem l'ordre de les BN).
• Hibridació: Tècnica que permet trobar un fragment d'ADN específic entre milions de BN. Tenim cadenes que coneixem i quan se n'hi enganxa una sabem quina és perquè són complementàries.

Tècniques de Biotecnologia

TÈCNIQUES DE BIOTECNOLOGIA:

• Biotecnologia i salut:
  • Producció de proteïnes d'interès biològic per part de bacteris. Plasmidi... proteïna d'interès.
  • Vacunes recombinants: Una proteïna que es comporta com antigen i per tant desencadena la síntesi d'anticossos i la resposta immunològica de l'ésser humà.
  • Introducció de gens a cèl·lules humanes (teràpia gènica).
• Biotecnologia en agricultura, ramaderia i alimentació:
  • Aplicacions: Augmentar la producció, enriquir nutricionalment aliments, aconseguir plantes resistents a plagues o herbicides.
  • Transgènics= organismes modificats genèticament.
  • Tècniques :
    • Microinjecció a nivell de zigot: fecundació in-vitro, en la fase zigot s'introdueix ADN estrany amb una micropipeta, es reimplanta el zigot a la mare.
    • Clonació d'éssers vius: Obtenir éssers vius pluricel·lulars genèticament idèntics al seu progenitor.
      • Aplicacions:
        • Preservar espècies en perill d'extinció.
        • Obtenir clons d'animals transgènics.
        • Obtenir animals extingits que en queden restes d'ADN.
      • Tècnica: Transferència nuclear.
  • Cèl·lules mare: Diferenciació de les cèl·lules= uns gens s'activen i d'altres no.
• Projecte genoma humà:
  • Genoma: Conjunt d'elements genètics d'un ésser viu.
  • Objectiu: seqüenciar l'ADN, ordenar l'ADN, realitzar un mapa genètic (on es situa cada gen en el cromosoma). Hi ha 3·10⁹ parells de nucleòtids i 25.000 gens.
  • Aportacions: Teràpia gènica: comparar seqüències d'ADN entre pacients que presenten una malaltia genètica i tenen l'ADN seqüenciat.

Proteïnes

PROTEÏNES: Polímers d'aminoàcids.

PROPIETATS QUÍMIQUES:

• Amfòters (comportar-se com àcids o com bases).
• Punt isoelèctric (pH en el qual l'aminoàcid tendeix a tenir càrrega 0).

ENLLAÇ PEPTÍDIC: COOH+H₂N = CO-NH+H₂O, covalent (fort,estable), dona immobilitat a la molècula.

CLASSIFICACIÓ DE LES PROTEÏNES: configuració 3D (fibroses o globulars).

PROPIETATS:

• Solubilitat.
• Desnaturalització (de 3D a seqüència lineal d'aa)- renaturalització.
• Especificitat (específiques d'una espècie).
• Capacitat amortidora (compensar el pH del medi).

ESTRUCTURA DE LES PROTEÏNES:

• Primària (aa en posició lineal).
• Secundària (alfa hèlix- molla, làmina beta plegada-làmina plegada ziga-zaga, hèlix de col·lagen).
• Terciària (una cadena polipeptídica).
• Quaternària (hi intervenen diferents cadenes polipeptídiques, cada una és un protòmer, 4-tetràmer.../ enllaç covalent (disulfur), no covalent (iònic, pont H, forces de Van der Waals).

FUNCIONS:

• Enzimàtica (catalítica, accelera reaccions químiques).
• Estructural.
• Transport (interior-exterior cèl·lula).
• Hormonal o reguladora (regulació interna).
• Defensa o immunitària (protecció organisme, anticossos, trombina).
• Contràctil (contracció músculs).
• Reserva energètica.

Lípids

LÍPIDS:

Propietats físiques: Solubilitat:

• CUA [Soluble amb dissolvents apolars//Interacciona amb altres grups metilens a través de Forces de Van der Waals.]
• CAP [soluble amb dissolvents polars//estableix interaccions gràcies al grup carboxil]

Propietats químiques:

• Esterificació: Els AG poden formar grups èster gràcies a la interacció amb un grup alcohol.
• Saponificació: Té lloc un compost que s'anomena sal de l'AG. Reacció entre un AG i una base.

Funcions:

• F. Reserva energètica: (TAG/DAG).
• F.Estructural: membrana cel·lular.
• F.Reguladora: Hormones esteroides/ vitamines.
• F.Altres: aromes →Terpens // Reconeixement cel·lular→ Glicolípids.

Glúcids

GLÚCIDS:

• Monosacàrids: (energia immediata) Trioses,tetroses, pentoses, hexoses.
• Oligosacàrids: energia i estructural.
• Polisacàrids:
  • Reserva energètica: Midó i Glicogen.
  • Estructural: Quitina i cel·lulosa.

Àcids Nucleics

ÀCIDS NUCLEICS: Polímer de nucleòtids. Nucleòtid: H₃PO₄+Glúcid (ribosa/desoxi)+BN (AGCTU).

DUPLICACIÓ ADN: Mecanisme de duplicació (replicació): el procés de duplicació consisteix en què una molècula d'ADN dona lloc a dues amb la mateixa seqüència de bases nitrogenades.

TRANSCRIPCIÓ: Consisteix en sintetitzar una cadena complementària a l'ADN a partir de ribonucleòtids.

TRADUCCIÓ: La traducció és un procés que consisteix en la síntesi de proteïnes (sumatori d'aa), passa fora del nucli, ho fan els ribosomes.

CONCEPTES:

• - Diferenciació: procés d'especialització d'una cèl·lula, és a dir, s'especialitza en una funció concreta.
• - Expressió gènica: Manifestar i activar certs gens per sintetitzar una proteïna concreta.

Mutacions

MUTACIONS: Són alteracions genètiques a l'atzar que afecten els àcids nucleics.

Tipus de cèl·lules: Somàtiques o germinals.

Causa: Natural o induïda (agents mutàgens).

Segons l'extensió:

• Mutacions gèniques (BN).
• Mutacions cromosòmiques (fragments).
• Mutacions genòmiques.

Disseny Experimental

Disseny experimental:

• Problema ?
• Hipòtesi: és probable que...
• Variables:
  • dependent: T.
  • Independent: Peixos.
  • Controls: mateix sexe...diferents peixeres amb pH i T diferents.
• Condicions fixades: mateix tipus de peixera, mateix aliment, nombre de peixos, sexe.
• Rèpliques: dues o tres peixeres iguals per cada pH i T igual.
• Anàlisi de resultats: anotar cada dia.
• Acceptació/Refutació de la hipòtesi.