Estructura de la Cèl·lula: Orgànuls, Nucli i Tipus Cel·lulars

Membrana Cel·lular i Citoplasma

La Membrana Plasmàtica: Estructura i Funció

S'anomena membrana cel·lular o plasmàtica a l'estructura externa que envolta la cèl·lula. Forma un conjunt indivisible amb algunes parts internes de la cèl·lula, la qual cosa vol dir que no podem arrencar-la com si fos una làmina d'una ceba, posem per cas, ja que continua per l'interior formant nombrosos plecs.

Funcions de la Membrana Cel·lular

• Limitar i donar forma a la cèl·lula, tot mantenint el medi intern.
• Seleccionar i transportar aquelles substàncies que entren o surten de la cèl·lula i que són necessàries o perjudicials per mantenir la seva activitat.

Químicament és formada per una doble capa de lípids en la qual s'hi insereixen molècules de proteïnes. Aquesta estructura es repeteix en les altres membranes que envolten els orgànuls cel·lulars i el nucli.

Les cèl·lules vegetals, a més a més de la membrana plasmàtica, estan envoltades d'una capa molt rígida formada per cel·lulosa i que s'anomena paret cel·lular. La membrana plasmàtica de les cèl·lules animals és tan prima que durant molt de temps es va creure que no existia.

El Citoplasma: Medi Intern de la Cèl·lula

El citoplasma és el medi cel·lular comprès entre la membrana plasmàtica i el nucli. S'hi poden observar dues parts:

• Hialoplasma: És un líquid viscós format per aigua (en un 70-85 %) i la resta són proteïnes, lípids, glúcids, àcids nucleics i sals minerals. En ell s'hi realitzen nombroses reaccions químiques en llocs concrets, per la qual cosa la seva composició no és homogènia.
• Orgànuls cel·lulars: Són petits òrgans d'estructura i mida diversa que realitzen funcions ben especialitzades, sobretot en la cèl·lula eucariota. En general, totes les cèl·lules contenen totes les classes d'orgànuls cel·lulars, si bé podem trobar petites diferències entre les cèl·lules animals i les cèl·lules vegetals.

El Nucli Cel·lular

El nucli és generalment l'orgànul més gran de la cèl·lula i va ser el primer que es va observar al microscopi òptic. Moltes vegades ocupa una posició central, però pot trobar-se desplaçat. La mida també varia d'una cèl·lula a una altra.

El més habitual és que n'hi hagi un de sol, però es dona el cas que alguns protozous, per exemple el parameci, en tenen dos o més.

Funcions del Nucli

• Dirigeix i provoca tota l'activitat bioquímica que s'esdevé en el citoplasma i en els orgànuls cel·lulars.
• Conté els factors hereditaris que determinen l'estructura i funcionament de cada cèl·lula i de la globalitat de l'ésser viu, i també marquen el complex procés de divisió cel·lular. Cal recordar que només tenen nucli les cèl·lules eucariotes.

El nucli està envoltat per una membrana nuclear. A l'interior del nucli hi podem trobar un plasma nuclear amb nombroses substàncies dissoltes, uns granets anomenats cromatina, el nuclèol i els cromosomes.

Orgànuls Clau: Golgi, Mitocondris i Cloroplasts

L'Aparell de Golgi

L'aparell de Golgi és un conjunt d'orgànuls situats prop del nucli en les cèl·lules animals i en algunes de vegetals. Té aquest nom pel seu descobridor, Camillo Golgi, un neuròleg italià, el 1898.

Està format per unes estructures en forma de bosses o sacs aplanats anomenats dictiosomes. L'aparell de Golgi desprèn unes petites bossetes plenes de substàncies que poden ser de dos tipus: lisosomes (si porten substàncies digestives) o vesícules de secreció (en aquest cas es dirigeixen cap a la membrana i aboquen el seu contingut a l'exterior, tot soldant-s'hi i fent-la créixer o regenerar-se).

La funció d'aquest orgànul és exercir el paper d'organització de la circulació molecular de la cèl·lula: fa el transport, maduració, acumulació i secreció de proteïnes procedents del reticle endoplasmàtic. També sintetitza i uneix substàncies que més tard formaran part de la membrana plasmàtica i realitza la síntesi de glúcids que formaran la paret cel·lular en el cas de les cèl·lules vegetals.

Els Mitocondris: La Respiració Cel·lular

Els mitocondris són orgànuls cel·lulars que tenen forma allargada, com un bastonet, i es troben repartits per tot el citoplasma. El seu nombre és alt en general, tot i que varia d'unes cèl·lules a d'altres. Tenen una estructura complexa. Són envoltats per dues membranes: l'exterior és llisa i la interior té nombrosos plecs anomenats crestes. L'espai interior, anomenat matriu, és ple d'un líquid amb nombroses substàncies dissoltes. Cal remarcar especialment que dues d'aquestes substàncies són Àcid Desoxiribonucleic (ADN) i Àcid Ribonucleic (ARN), diferents dels que hi ha al nucli. Els mitocondris tenen una importantíssima funció: realitzen un conjunt de processos químics anomenats respiració cel·lular, amb la qual es proporciona a la cèl·lula l'energia necessària per a realitzar totes les seves activitats.

Els Cloroplasts: La Fotosíntesi

Els cloroplasts són uns orgànuls citoplasmàtics exclusius de les cèl·lules vegetals. Normalment són de color verd per la presència d'una substància química d'aquest color anomenada clorofil·la. Tot i això, en alguns casos els cloroplasts poden tenir d'altres colors per l'existència d'altres substàncies amb colors diferents.

Són d'una importància fonamental, ja que en ells té lloc la fotosíntesi. La fotosíntesi és un complex procés químic pel qual els éssers vius amb clorofil·la, a partir d'aigua, sals minerals i CO₂, elaboren matèria orgànica en presència de llum solar.

El seu nombre, forma i mida varien d'unes cèl·lules a unes altres. Per exemple, en les cèl·lules de les algues solen haver-n'hi un o dos de molt grossos i de molt variades formes (esfèrics, estrellats, anellats, en cinta...). En canvi, en les plantes superiors n'hi pot haver fins a quaranta i la seva forma és ovalada o esfèrica. La seva estructura és força complexa. Tenen dues membranes, una d'externa que la delimita i una altra d'interna amb nombrosos plecs cap a l'interior anomenats lamel·les. En aquests plecs hi ha situats uns corpuscles apilats que es diuen grana, de color verd, i és en ells on està situada la clorofil·la. L'espai que queda entre els grana s'anomena estroma. Contenen una petita quantitat d'ADN diferent del del nucli i uns pocs ribosomes diferents dels citoplasmàtics.

Tipus de Cèl·lules: Eucariotes i Procariotes

Fins que es va inventar el microscopi electrònic (1934), els biòlegs creien que totes les cèl·lules tenien la mateixa estructura: membrana-citoplasma-nucli. A partir d'aquest moment es va descobrir que alguns grups d'éssers vius unicel·lulars tenien una estructura diferent. Així doncs, podem parlar de:

Cèl·lules Eucariotes

Formen part de tots els animals i vegetals tot formant teixits, i també les trobem a la gran majoria de microorganismes (protozous, algues unicel·lulars i fongs unicel·lulars). Són les més abundants en el conjunt dels éssers vius. Tenen l'estructura clàssica membrana-citoplasma-nucli. La característica pròpia és que posseeixen un nucli amb membrana nuclear ben diferenciat del citoplasma. També tenen una sèrie d'orgànuls bastant complexos: ribosomes, aparell de Golgi, mitocondris, vacúols, lisosomes, reticle endoplasmàtic, cloroplasts... Dins el nucli trobem la cromatina que forma els cromosomes. Les cèl·lules eucariotes seran estudiades amb més detall en successives pàgines. Dins de les cèl·lules eucariotes podem observar algunes diferències entre cèl·lules animals i cèl·lules vegetals.

Cèl·lules Procariotes

La principal característica és que no posseeixen membrana nuclear. En general són més petites que les eucariotes, més primitives i no formen teixits especialitzats. Només les trobem en dos grups de microorganismes: bacteris i cianobacteris. Tenen una membrana plasmàtica, però a més a més tenen una paret cel·lular que no és de cel·lulosa sinó d'una altra substància anomenada mucopolisacàrid. Els únics orgànuls que tenen són els ribosomes, més petits però molt nombrosos, i la resta de funcions (respiració, algunes la fotosíntesi...) les fan en uns plecs de la membrana anomenats mesosomes. Tenen un únic cromosoma anular o circular bastant enrotllat i d'estructura senzilla. A la membrana poden tenir cilis (molts filaments i curts) o flagells (pocs filaments i molt allargats) que els permeten el moviment.

Components Específics del Nucli

Cromatina i Cromosomes

La cromatina és una massa granulosa formada principalment per proteïnes i ADN, i es troba dispersa pel nucli durant el temps que la cèl·lula no es troba en fase de reproducció. Quan la cèl·lula inicia la seva reproducció, la cromatina es va enrotllant i van apareixent els cromosomes, unes estructures en forma de bastó que són cabdals en la transmissió de la informació genètica.

Els cromosomes són els orgànuls cel·lulars que contenen els materials portadors de l’herència biològica. Es troben en el nucli i tenen forma de bastonet allargat o filamentós. Químicament estan formats per una doble cadena d'ADN (Àcid Desoxiribonucleic). Només poden veure's clarament durant els processos de divisió cel·lular, ja que si no el material es troba dispers i granulat formant la cromatina. Quan apareixen tenen la forma de dos corpuscles cilíndrics amb un estrenyiment anomenat centròmer que els divideix en dos braços.

Els bacteris solen tenir un sol cromosoma, però en els organismes superiors la quantitat de material genètic és molt gran i l'ADN es reparteix entre diversos cromosomes. Tret dels casos en què hi ha anomalies, el nombre de cromosomes és el mateix en tots els individus d’una espècie.

Embolcall Nuclear i Nucleoplasma

El nucli està separat del citoplasma per l'embolcall nuclear, una doble membrana coberta de gran quantitat de porus que permeten el pas de moltes substàncies en ambdues direccions. Hi té unit el reticle endoplasmàtic i, de fet, la membrana nuclear no és més que una prolongació de la membrana d'aquest orgànul.

El nucleoplasma o plasma nuclear és un líquid viscós i incolor format per aigua i nombroses biomolècules dissoltes (proteïnes, glúcids, ADN i ARN...). Està separat del citoplasma per la membrana nuclear. En el nucleoplasma podem trobar la cromatina, els cromosomes en el moment de la reproducció i un orgànul esfèric anomenat nuclèol.

El Nuclèol

El nuclèol és un petit corpuscle més o menys esfèric que pot trobar-se a l'interior del nucli. Pot haver-n'hi un o més d'un i normalment es presenta a tot tipus de cèl·lules. Són uns corpuscles bastant densos i estan formats per proteïnes, ADN i ARN. La funció del nuclèol és sintetitzar el material que més endavant formarà part dels ribosomes.

Altres Orgànuls Citoplasmàtics

El Reticle Endoplasmàtic (RE)

El reticle endoplasmàtic és un conjunt de cavitats aplanades, conductes i làmines limitats per una membrana, que omplen una gran part del citoplasma de les cèl·lules eucariotes. Aquesta membrana s'allarga i envolta completament el nucleoplasma, tot convertint-se en la membrana nuclear.

A la mateixa cèl·lula aquest orgànul pot presentar dos aspectes: llis i rugós. El reticle endoplasmàtic rugós s'anomena així perquè la seva superfície és coberta de multitud de ribosomes. En canvi, el reticle endoplasmàtic llis és lliure de ribosomes. El reticle endoplasmàtic intervé en la síntesi de proteïnes i lípids, i també fa la funció d'emmagatzemar i transportar certes substàncies tant endògenes com exògenes d'un punt a un altre de la cèl·lula.

Vacúols

Els vacúols són unes cavitats més o menys esfèriques envoltades per una delicada membrana. Els vacúols són plens d'algun fluid més o menys espès. La seva funció és emmagatzemar substàncies, ja siguin de reserva o bé perquè són tòxiques per a la cèl·lula. Els podem trobar tant a les cèl·lules animals com a les vegetals.

• A les cèl·lules animals els vacúols són petits i poc nombrosos, i no sofreixen cap canvi característic. Podem remarcar els vacúols digestius, que apareixen en alguns microorganismes després de la ingestió d'aliment, o els vacúols contràctils, relacionats amb l'expulsió a l'exterior de productes d'eliminació.
• En canvi, en els vegetals el suc vacuolar pot contenir sals minerals, glúcids, olis, resines, substàncies proteiques, pigments, tanins, alcaloides... Normalment la cèl·lula vegetal jove té molts vacúols petits que augmenten de mida i es fusionen mentre aquella creix, fins a formar-se'n un de sol que ocupa una gran part del volum cel·lular.

Ribosomes i Lisosomes

Els ribosomes són uns orgànuls cel·lulars amb forma de petits granets que podem trobar lliures pel citoplasma o bé enganxats en el reticle endoplasmàtic rugós (només a les cèl·lules eucariotes). Són molt importants degut a la seva intervenció en la síntesi de proteïnes de la cèl·lula. Estan constituïts per dues subunitats corpusculars unides fortament, una d'elles formada per Àcid Ribonucleic (ARN) i l'altra per un compost proteic. El seu nom prové, justament, de l'ARN del qual és format. Se'ls troba ben abundosament en totes les cèl·lules vives, per exemple al voltant d'uns 10.000 en un bacteri simple com és l'Escherichia coli.

Els lisosomes són uns petits orgànuls cel·lulars que es troben en les cèl·lules animals i en algunes de vegetals. Són petites bossetes o vesícules que contenen substàncies que intervenen en la digestió dels compostos que entren a la cèl·lula, i també intervenen en la destrucció dels orgànuls cel·lulars que van envellint. Una altra funció seria la destrucció dels bacteris que fagociten els glòbuls blancs. Es formen a partir de plecs més o menys esfèrics que es desprenen de l'aparell de Golgi.

Diferències entre Cèl·lules Animals i Vegetals

Característiques de les Cèl·lules Animals

• Tenen la membrana plasmàtica, sense altres cobertures.
• No tenen cloroplasts i, per tant, no realitzen la fotosíntesi.
• Tenen pocs vacúols i força petits.

Característiques de les Cèl·lules Vegetals

• A més de la membrana plasmàtica, tenen una altra coberta anomenada paret cel·lular. La paret cel·lular és formada en gran part per un glúcid anomenat cel·lulosa, que serveix de protecció a la cèl·lula i li dóna forma. La planta aconsegueix el suport gràcies a la paret cel·lular de les seves cèl·lules.
• En el citoplasma de les cèl·lules verdes hi trobem uns orgànuls d'aquest color anomenats cloroplasts, molt importants perquè fan el procés de la fotosíntesi. Les cèl·lules vegetals que no són verdes no tenen cloroplasts (per exemple, les d'una arrel o les de la ceba).
• En les cèl·lules vegetals acostuma a haver-hi un gran vacúol.