Morfologia Cel·lular Humana i Estructura de la Membrana Plasmàtica

Forma i Dimensions de les Cèl·lules Humanes

Els organismes pluricel·lulars presenten especialització cel·lular (per exemple, la despolarització i contracció elèctrica de les fibres musculars, o les cèl·lules secretores de moc estomacal).

El valor del quocient superfície/volum de les cèl·lules és crucial, ja que ha de permetre sostenir l'entrada de nutrients i la sortida de residus a un ritme adequat.

El metabolisme dels orgànuls només es pot mantenir si el volum que representen és proporcional a la superfície disponible per a l'intercanvi.

Morfologies Cel·lulars Comunes

Algunes morfologies cel·lulars presents a l'organisme humà són:

• Flagel·lada: Espermatozoides
• Estrellada: Neurona, fibroblast
• Allargada: Fibra muscular, cons i bastons (retina)
• Polaritzades: Enteròcits (intestí)
• Esfèriques: Limfòcits (glòbuls blancs)
• Bicòncaves: Eritròcits (glòbuls vermells)
• Planes: Endoteliòcits (endoteli capil·lar), pneumòcits (pulmó)
• Amb gota lipídica: Adipòcits
• Irregular: Macròfags, cèl·lules dendrítiques

Mida Cel·lular

La mida de les cèl·lules procariotes sol ser al voltant de 1-5 µm, mentre que les eucariotes són més grans, típicament entre 10-100 µm (encara que hi ha variacions, aquí s'indica 20 µm com a referència). Com menor sigui el metabolisme d'una cèl·lula, més grossa pot arribar a ser.

Vida Mitjana Cel·lular

• Neutròfil: Aproximadament 1 dia
• Eritròcit: Aproximadament 90-120 dies
• Neurona: Pot durar tota la vida de l'individu (ex: 80 anys)

Mort Cel·lular

Les cèl·lules poden morir per dos mecanismes principals:

• Necrosi: Mort accidental, sovint per falta d'oxigen (O₂) o danys.
• Apoptosi: Mort cel·lular programada o "suïcidi" cel·lular, un procés controlat essencial per al desenvolupament i l'homeòstasi.

Nota: Les cèl·lules mare poden ser reprogramades per diferenciar-se en diversos tipus cel·lulars.

Conversions d'Unitats de Longitud

1 m = 10³ mm = 10⁶ µm (micròmetres) = 10⁹ nm (nanòmetres) = 10¹⁰ Å (àngstroms) = 10¹² pm (picòmetres) = 10¹⁵ fm (femtòmetres)

La Membrana Cel·lular: Estructura i Funció

La membrana cel·lular és extremadament prima, només visible amb el microscopi electrònic. És una estructura universal, present en tots els éssers vius.

Funcions principals:

• Aïllament: Separa el contingut de la cèl·lula (citoplasma) del medi extern.
• Regulació: Permet mantenir unes condicions químiques (pH) i físiques (temperatura) internes diferents de les externes.
• Permeabilitat selectiva: És semipermeable. Regula el pas de substàncies:
  • Permet l'entrada passiva (sense despesa d'ATP, espontània) d'algunes molècules.
  • Controla l'entrada/sortida activa a través de transportadors (proteïnes), sovint amb despesa d'energia.
  • Actua com a barrera al pas d'altres substàncies.

Les molècules que integren la membrana són de naturalesa amfipàtica: tenen una regió hidrofílica (polar, afí a l'aigua) que pot orientar-se cap a l'interior o l'exterior aquós, i una regió hidrofòbica (apolar, repel·leix l'aigua) que s'orienta cap al centre de la membrana.

Components i característiques clau:

• Bicapa lipídica: Estructura bàsica formada principalment per fosfolípids. Això li confereix un caràcter unitari (membrana unitària).
• Model del mosaic fluid: Descriu la membrana com una estructura dinàmica on les proteïnes estan incrustades o associades a la bicapa lipídica i poden moure's lateralment.
• Colesterol: En cèl·lules animals, ajuda a regular la fluïdesa de la membrana, evitant tant la cristal·lització a baixes temperatures com la fusió excessiva a altes temperatures.
• Asimetria: La composició de les dues monocapes (interna i externa) és diferent.
• Dinamisme: Els components de la membrana tenen mobilitat:
  • Moviment lateral: Ràpid, els fosfolípids i proteïnes es mouen dins de la seva monocapa.
  • Flip-flop: Moviment d'un fosfolípid d'una monocapa a l'altra. És molt lent i poc freqüent, però pot ser accelerat per enzims específics (flipases).

Estructura i Composició Detallada

Observada al microscopi electrònic, la membrana presenta una estructura trilaminar:

• Capa externa fosca (osmòfila: més densa als electrons)
• Capa central clara (osmòfoba: menys densa als electrons)
• Capa interna fosca (osmòfila: més densa als electrons)

Components moleculars principals:

• Lípids:
  • Fosfolípids: El component més abundant (ex: lecitina o fosfatidilcolina - PC).
  • Colesterol: Lípid esteroïdal important en cèl·lules animals.
  • Glicolípids: Lípids amb cadenes de sucres unides. En cèl·lules animals, són principalment esfingoglicolípids (deriven de l'esfingosina) i es troben a la cara externa.
• Proteïnes: Poden ser glicoproteïnes (amb sucres units) o lipoproteïnes (associades a lípids).
  • Són molècules generalment amfipàtiques. La regió polar s'orienta cap a l'interior o exterior aquós, i l'apolar roman al centre hidrofòbic de la membrana.

Classificació de Proteïnes de Membrana

Les proteïnes es classifiquen segons diversos criteris:

• Segons la funció:
  • Transportadores: Faciliten el pas de molècules (ex: transportador de glucosa).
  • Receptores: Uneixen lligands específics (ex: receptors d'hormones).
  • Connectores: Ancoren la membrana a filaments interns o a la matriu extracel·lular.
  • Enzims: Catalitzen reaccions a la superfície de la membrana.
  • Marques d'identificació cel·lular: Glicoproteïnes que permeten el reconeixement cel·lular.
• Segons la posició:
  • Intrínseques (o integrals): Fortament incorporades a la membrana, sovint travessant-la completament (proteïnes transmembrana, TM). Poden estar unides covalentment a lípids.
  • Extrínseques (o perifèriques): Unides dèbilment a la superfície de la membrana (a lípids o proteïnes intrínseques), sense penetrar al nucli hidrofòbic.

Fluïdesa de la Membrana

La membrana ha de mantenir una fluïdesa adequada per funcionar correctament. Aquesta fluïdesa depèn de:

• Temperatura: A temperatures baixes, la membrana tendeix a solidificar-se (cristal·lització); a temperatures altes, pot tornar-se massa fluida i desestabilitzar-se (fusió).
• Colesterol: Actua com a amortidor de la fluïdesa. A temperatures baixes, impedeix l'empaquetament excessiu dels fosfolípids, mantenint la fluïdesa. A temperatures altes, restringeix el moviment excessiu, estabilitzant la membrana. La proporció lípid:colesterol sol variar (ex: 1:0.5, 1:1).
• Insaturació dels àcids grassos: La presència de dobles enllaços (insaturacions) a les cues hidrocarbonades dels fosfolípids crea colzes que impedeixen l'empaquetament compacte, augmentant així la fluïdesa.

Cares de la Membrana (Observades per Criofractura)

En condicions experimentals en què es congela ràpidament la membrana i després es trenca (criofractura), la fractura sol ocórrer entre les dues monocapes lipídiques, exposant les cares internes. S'identifiquen dues cares:

• Cara E (Externa): Correspon a la superfície interna de la monocapa externa. Està exposada cap a l'exterior cel·lular i generalment presenta menys partícules (proteïnes).
• Cara P (Protoplasmàtica): Correspon a la superfície interna de la monocapa interna (adjacent al citoplasma). Està exposada cap a l'interior cel·lular (protoplasma) i sol incloure moltes més proteïnes intramembranoses visibles com a partícules.