La cèl·lula i el dogma central de la biologia molecular

La cèl·lula i les seves funcions

Funció de les membranes

1. Delimiten els diferents ambients permetent l’existència de les cèl·lules, orgànuls...
2. Controla el pas de les substàncies: quines poden entrar i quines no; per això se li diu permeabilitat selectiva.

Transport cel·lular

Quan el transport no gasta energia, és el transport passiu.

• Difusió simple: on les molècules petites (oxigen, nitrogen, diòxid de carboni...) travessen la membrana pels forats que deixen els fosfolípids que formen seguint el moviment.
• Difusió facilitada: on les molècules, per la seva mida (glúcids, aminoàcids...), no poden passar per difusió simple i travessen les membranes per les proteïnes transmembranoses.

Quan el transport gasta energia, és el transport actiu.

• Fagocitosi: hi ha unes vesícules que envolten aquella substància per poder entrar a la cèl·lula; són sobretot partícules grans.

El citosol o hialoplasma

Citosol: el líquid que ocupa l’interior de la cèl·lula entre la membrana i el nucli. Està fet per aigua on hi ha molècules dissoltes: proteïnes, enzims, glúcids, lípids...

Citoesquelet: són uns filaments que s’encarreguen de moure els orgànuls pel citoplasma. Està constituït per microtúbuls i microfilaments.

Orgànuls membranosos: Sistema endomembranós

• Reticle endoplasmàtic rugós: conté ribosomes adherits a la membrana, on es produeix la síntesi de proteïnes.
• Reticle endoplasmàtic llis: fa funcions relacionades amb la síntesi dels lípids.
• Aparell de Golgi: es desfà formant vesícules, completa la síntesi del reticle endoplasmàtic i les envia a altres parts de la cèl·lula o a l’exterior. També forma lisosomes.
• Lisosomes: s’encarreguen de la digestió dels nutrients dins les cèl·lules.
• Vacúols: vesícules que emmagatzemen substàncies de reserva i productes d’excreció.

Orgànuls membranosos: Mitocondris i cloroplasts

• Mitocondris: on es produeix la respiració cel·lular, on la cèl·lula obté energia per fer les seves funcions. És on es forma l’ATP.
• Cloroplasts: on es produeix la fotosíntesi.

Orgànuls no membranosos

Ribosomes: Petits orgànuls formats per proteïnes i per ARN (àcid ribonucleic). Tenen dues subunitats, una de més gran que l'altra. N'hi ha a totes les cèl·lules, tant les eucariotes com les procariotes. En trobem lliures al citoplasma, a l'interior dels mitocondris i cloroplasts, i també sobre la membrana del reticle endoplasmàtic, que llavors és el reticle endoplasmàtic rugós. Tenen com a funció sintetitzar proteïnes a partir de les instruccions provinents del DNA.

Citoesquelet: Xarxa de filaments. És el responsable dels moviments de la cèl·lula i del transport intracel·lular. Està format per tres tipus de filaments:

• Els microtúbuls: formats per una proteïna anomenada tubulina. En la reproducció cel·lular constitueixen el fus mitòtic que permet el moviment dels cromosomes. Fan de guia per sobre la qual unes proteïnes es desplacen transportant vesícules i orgànuls cel·lulars.
• Els microfilaments: molt flexibles. Formen una xarxa sota la membrana plasmàtica. Són imprescindibles pels moviments cel·lulars.
• Els filaments intermedis: són molt resistents i donen resistència a la cèl·lula.

Centríol: Orgànul exclusiu de les cèl·lules animals. Està format per microtúbuls. Intervé en la reproducció de les cèl·lules animals i és responsable de la formació del citoesquelet.

Lliurament 10: Genètica i expressió del DNA

1. Com s’expressa el DNA: un gen = un enzim

Quan s'altera la seqüència de nucleòtids d'un gen, hi ha un enzim que falla. També se sap que els enzims controlen les substàncies i processos cel·lulars, i aquests determinen les característiques dels organismes.

Dogma central de la biologia molecular

El DNA és capaç de formar una còpia d'ell mateix en un procés anomenat replicació, de ser transcrit a RNA missatger i aquest traduït a proteïnes (enzims), element que realitza l'acció cel·lular.

Replicació (ADN) → Transcripció (a ARN) → Traducció (a proteïna)

2. Del DNA al DNA: l'estructura

Sabem que el DNA està format per una llarga cadena d'unes unitats anomenades nucleòtids. Un nucleòtid està format per:

• Desoxiribosa (un monosacàrid de 5C), sucres.
• Un grup fosfat.
• Una base orgànica que conté nitrogen.

Els nucleòtids s'uneixen entre si entre el monosacàrid d'un nucleòtid i el fosfat de l'adjacent, produint una llarga cadena. La base nitrogenada és l'única part variable. Els sucres i els fosfats formen la “columna vertebral” i es mantenen unides per ponts d'hidrogen entre els parells de bases:

• A amb T (per 2 ponts d’H)
• C amb G (per 3 ponts d’H)

A i G tenen 2 anells; C i T tenen 1 anell.

3. La replicació: Com és el procés?

És un mecanisme semiconservador, que vol dir que, en separar-se les dues cadenes del DNA, cadascuna serveix de motlle per a una nova cadena. Comença a la forqueta de replicació, on proteïnes iniciadores separen les dues cadenes d’ADN.

• Fragments d’Okazaki: En la cadena retardada, els trossos curts es sintetitzen en sentit 5’→3’ i es van unint. Aquests primers trossos són fragments de RNA que, gràcies a la DNA polimerasa, es van allargant amb DNA nou.
• Cadena avançada: Es sintetitza en el mateix sentit que avança la forqueta de replicació de forma contínua per l'ADN polimerasa.
• Cadena retardada: Es sintetitza en sentit contrari a l’avanç de la forqueta de forma discontínua en petits fragments units posteriorment.

Les ADN polimerases, a més de fer l'elongació, tenen una funció correctora i reparadora per evitar mutacions.

4. De l’ADN a l’ARN missatger: la transcripció

L’ADN és el responsable de l’estructura i la funció de la cèl·lula dient-li quines proteïnes ha de fer mitjançant l'RNA missatger (RNAm). L'RNA es diferencia perquè:

• Conté ribosa en comptes de desoxiribosa.
• Conté Uracil en comptes de Timina.

El pas de DNA a RNA s’anomena transcripció i té lloc al nucli. La doble hèlix de DNA es desenrotlla i una de les cadenes serveix per produir l'RNAm a partir de ribonucleòtids complementaris:

• (ADN) A → U (RNAm)
• (ADN) T → A (RNAm)

Exemple: Cadena de DNA (ATGGATTCCGAT) → Cadena de RNAm (UACCUAAGGCUA)

5. De RNAm a proteïna: la traducció

L’RNAm abandona el nucli, entra al citoplasma i arriba als ribosomes. Allà donarà lloc a una proteïna en el procés de traducció.

• Entra en acció l’ARNt, que transporta els aminoàcids i conté un triplet anomenat anticodó.
• L’ARNm conté seqüències de tres nucleòtids anomenades codons.
• Els codons i anticodons són complementaris; l'ARNt s'uneix temporalment al codó i va col·locant el seu aminoàcid a la cadena.
• El ribosoma es desplaça fins que s’han utilitzat tots els codons i s’ha format la cadena completa d’aminoàcids mitjançant enllaços peptídics.