Zelulak eta organuluak: egitura, funtzioak eta metabolismoa

1. Ariketa: Zelula generikoa eta organuluak

a) Adierazi zer zelula generiko mota den eta zergatik. Irudiko zelula eukarioto animalia-zelula bat da. Eukariotoa da nukleo definitua duelako eta mintzez inguratutako organuluak dituelako. Animalia-zelula dela ondorioztatzen da zentrioloak dituelako (animalia-zelulen berezkoak) eta ez duelako landare-zelulen bereizgarri diren kloroplastorik edo zelula-paretarik.

b) Identifikatu 1-6 zenbakiek zer egitura adierazten duten.

1. Nukleoloa: Nukleoaren barruan dagoen egitura esferikoa.

2. Nukleoa: Material genetikoa (DNA) gordetzen duen organulua.

3. Erribosomak: Zitoplasman aske edo erretikuluari lotuta dauden partikula txikiak.

4. Besikula: Substantzien garraiorako mintzezko poltsatxoak.

5. Erretikulu Endoplasmatiko Azkarra (EEA): Erribosomak itsatsita dituen mintz-sistema.

6. Golgi aparatua: Diktiosomaz osatutako organulua, substantzien jariatzeaz arduratzen dena.

c) Adierazi egitura horien funtzioak.

Nukleoloa: RNA erribosomikoaren (RNAr) sintesia eta erribosomen azpiunitateen mihiztapena.

Nukleoa: Informazio genetikoa gordetzea eta zelularen jarduera kontrolatzea (transkripzioa eta erreplikazioa).

Erribosomak: Proteinen sintesia edo itzulpena.

EEA: Proteinen sintesia (erribosomen bidez), tolestura eta garraioa.

Golgi aparatua: EEAn sortutako proteinen aldaketa (glikosilazioa), sailkapena eta besikula bidezko bidalketa.

2. Ariketa: Landare-zelula eta osmosia

b) Zein dira landare-zelulen ohiko pigmentuak? Non aurkitzen dira? Landare-zelulen pigmentu nagusia klorofila da, eta kloroplastoetan (tilakoidetan) aurkitzen da. Haren funtzioa fotosintesian argi-energia xurgatzea da. Beste pigmentu batzuk karotenoideak dira; hauek ere kloroplastoetan edo kromoplastoetan egon daitezke.

c) Ingurune hiperosmotiko eta hipoosmotikoaren eragina.

- Ingurune hiperosmotikoa (gatz asko): Urak zelulatik kanpora ihes egiten du osmosi bidez.

• Globulu gorria: Zimurtu egiten da (zelula-paretarik ez duelako); prozesu honi krenazioa deritzo.

• Landare-zelula: Zitoplasmak bolumena galtzen du eta mintza paretatik bereizten da, baina zelularen forma orokorra mantentzen da paretari esker. Prozesu honi plasmolisia deritzo.

- Ingurune hipoosmotikoa (gatz gutxi): Ura zelula barnera sartzen da.

• Globulu gorria: Hanpatu egiten da eta lehertu daiteke (hemolisia).

• Landare-zelula: Urak vakuoloa betetzen du eta presioa egiten du paretaren kontra, baina ez da lehertzen paretak eusten diolako. Egoera honi turgentzia deritzo.

3. Ariketa: Mintz biologikoak

Mintzaren egitura eta osagaiak: Mintz plasmatikoa mosaiko jariakorraren ereduari jarraituz antolatzen da. Bere osagaiak hauek dira:

• Fosfolipidoak: Geruza bikoitza eratzen dute; molekula anfipatikoak dira (buru hidrofiloa eta buztan hidrofoboa).
• Proteina integralak eta periferikoak: Integralak mintza zeharkatzen dituzte; periferikoak gainazalean kokatzen dira.
• Kolesterola: Animalia-zeluletan, mintzaren jariakortasuna erregulatzen du.
• Gluzidoak: Kanpoaldean bakarrik, glikokalixa eratuz (identifikazio eta komunikazio funtzioa).

Zer organuluk dituzte mintzak? Mintzez osatutako organuluak eukariotoetan aurkitzen dira:

• Mintz bakunekoak: Erretikulu endoplasmatikoa, Golgi aparatua, lisosomak, peroxisomak eta bakuoloak.
• Mintz bikoitzekoak: Mitokondrioak, kloroplastoak eta nukleoaren estalkia.

4. Ariketa: Mitokondrioak (A irudia)

Funtzioa eta oxigenoaren papera: Mitokondrioen funtzio nagusia arnasketa zelularra da, ATP (energia) lortzeko. Oxigenoak elektroien garraio-katearen amaieran azken elektroi-hartzaile gisa jokatzen du, elektroiak hartu eta ura eratzeko. Katea blokeatuko balitz, ATParen ekoizpena gelditu egingo litzateke eta zelula energia falta izateagatik hiltzeko arriskuan egongo litzateke.

DNA propioa: Bai, mitokondrioek beren DNA propioa dute (DNA mitokondriala). Informazio horrek bere proteina batzuk sintetizatzeko eta modu erdi-autonomoan bikoizteko balio du, teoria endosinbiotikoak azaltzen duen prokariotoen jatorriaren ondorioz.

5. Ariketa: B irudiko zelula mota

a) Identifikatu zelula mota. Prokariotoa ala eukariotoa da? Arrazoitu.

Irudiko zelula eukarioto landare-zelula bat da.

• Eukariotoa da, material genetikoa inguratzen duen nukleo bat eta mintzezko organuluak (mitokondrioak, kloroplastoak...) dituelako.
• Landare-zelula da hiru ezaugarri nagusi dituelako: zelula-pareta zurruna, kloroplastoak (fotosintesirako) eta vakuolo handi bat.

b) Identifikatu 1etik 8ra zenbakiek adierazitako egiturak/organuluak.

1. Zelula-pareta: Zelulari forma eta babesa ematen dion kanpoko geruza (zelulosa edo antzeko osagaia).
2. Mintz plasmatikoa: Zelula mugatzen duen geruza lipidikoa.
3. Zitoplasman murgildutako substantziak / Citosola.
4. Kloroplastoa: Fotosintesia gertatzen den organulua.
5. Mitokondrioa: Arnasketa zelularraren bidez ATPa lortzeko organulua.
6. Golgi aparatua: Substantzien prozesamendu eta jariaketarako diktiosoma multzoa.
7. Erretikulu Endoplasmatiko Azkarra (EEA): Proteinen sintesia erribosomen bidez eta haien tolestura/garraioa bermatzen du.
8. Nukleoa: DNA gordetzen duen eremua.

c) Adierazi 5-6-7 egituren funtzioak.

• 5 (Mitokondrioa): Arnasketa zelularra egiten du. Materia organikoa oxidatzen du energia (ATP) lortzeko, CO2 eta ura emanez.
• 6 (Golgi aparatua): Garraio-besikulak jasotzen ditu, proteinak glikosilatu (aldatu) eta besikula berrietan paketatzen ditu bere helmugara bidaltzeko (lisosomak edo kanpora).
• 7 (EEA): Erribosomak dituenez, proteinen sintesia eta tolestura egokia bermatzea da bere funtzio nagusia.

6. Ariketa: Alboko irudia (zelula motak eta alderaketa)

a) Landare-zelula ala animalia-zelula da? Adierazi hiru irizpide.

Landare-zelula da. Erabili diren irizpideak:

1. Zelula-pareta izatea (kanpoko egitura lodia).
2. Kloroplastoak izatea (fotosintesia egiteko).
3. Vakuolo handiaren presentzia, nukleoa alde batera desplazatzen duena.

b) Izan al liteke zelula prokariotoa? Arrazoitu.

Ez. Zelula prokariotoek (bakterioek) ez dute barne-konpartimentaziorik; hau da, ez dute nukleo definiturik ezta mintzezko organulurik ere (mitokondrioak edo kloroplastoak bezalakoak). Irudian egitura konplexu horiek guztiak ageri direnez, eukariotoa da nahitaez.

c) Izendatu 1-5 zenbakiekin adierazitako egiturak.

1. Nukleoa: Gune genetikoa.
2. Kloroplastoa: Organulu berdea, fotosintesirako.
3. Vakuoloa: Ura eta mantenugaiak gordetzen dituen poltsa handia.
4. Mitokondrioa: Energia-lantegia.
5. Zelula-pareta: Kanpoko babes zurruna.

d) Defini ezazu funtzio bana egitura bakoitzarentzat:

1. Nukleoa: Erreplikazioa eta transkripzioa (herentziko informazioaren kudeaketa).
2. Kloroplastoa: Fotosintesia (materia inorganikoa organiko bihurtzea argi-energia erabiliz).
3. Vakuoloa: Turgidotasun-presioa mantendu eta erreserba-substantziak metatzea.
4. Mitokondrioa: ATP sintesia fosforilazio oxidatiboaren bidez.
5. Zelula-pareta: Zelularen forma mantendu eta lisi osmotikoa saihestea.

8. Ariketa: Mintz biologikoen egitura

Mintzaren egitura Singer eta Nicholsonen mosaiko jariakorraren eredua da.

• • Fosfolipidoak: Geruza bikoitza, "isats" hidrofoboak barrualderantz dituztela.
  • Proteina integralak: Mintza alderik alde zeharkatzen dutenak.
  • Proteina periferikoak: Gainazaletan kokatutakoak.
  • Kolesterola: Lipidoen artean kokatuta, zurruntasuna emateko.
  • Glikolipidoak eta glikoproteinak: Kanpoalderantz begira, glikokalixa osatuz.

Zer organuluk dituzte mintzak?

Organulu guztiak dituzte mintzak (erribosomak, zentrioloak eta zitoeskeletoa izan ezik). Hau da, zelula eukariotoetan (animalia, landare, onddo eta protistoetan) aurkitzen ditugu erretikulua, Golgia, lisosomak, mitokondrioak eta nukleoa. Zelula prokariotoek ez dute barne-mintzik.

9. Ariketa: Zitoeskeletoa eta mugimendua

a) Zer da zitoeskeletoa eta zein dira bere osagai nagusiak? Zitoeskeletoa eukariotoen zitoplasman hedatzen den proteina-zuntzezko sarea da. Hiru osagai nagusi ditu (lodieraren arabera):

1. Mikroharizpiak (aktinazkoak): Meheenak dira. Zelularen forma mantentzen dute, pseudopodoak sortzen dituzte (amiboide mugimendua) eta zitozinesian (zatiketan) eraztun uzkurkorra eratzen dute.

2. Harizpi ertainak: Tentsio mekanikoa jasaten dituzte (adibidez, keratina epitelio-zeluletan).

3. Mikrotubuluak (tubulinazkoak): Lodienak dira. Organuluen garraiorako "errailak" dira, zentrioloak osatzen dituzte eta mitosiaren ardatz mitotikoa eratzen dute.

b) Zer erlazio du zitoeskeletoak zilio eta flageloekin? Zilioak eta flageloak mugimendurako egiturak dira eta mikrotubuluz osatuta daude. Haien barne-egitura (axonema) 9+2 antolamendukoa da (9 mikrotubulu bikoiti periferian eta 2 zentral). Zitoeskeletoaren mikrotubuluek ahalbidetzen dute egitura hauen mugimendu ziklikoa.

10. Ariketa: Zelula-nukleoa

a) Deskribatu nukleoaren egitura interfasean. Interfasean (zelula zatitzen ez denean), nukleoak osagai hauek ditu:

1. Estalki nuklearra: Mintz bikoitza da (barnekoa eta kanpokoa). Kanpokoa erretikuluarekin (EEA) jarraituta dago.
2. Poro nuklearrak: Mintza zeharkatzen duten proteinazko konplexuak, zitoplasma eta nukleoplasmaren arteko garraioa (RNA, proteinak) erregulatzeko.
3. Nukleoplasma: Barneko ingurune urtsua.
4. Nukleoloa: RNA erribosomikoaren sintesia gertatzen den gune dentsoa.
5. Kromatina: DNA eta histona proteinek osatutako materiala, desbiribilkatuta dagoena.

b) Zer funtzio betetzen du poro nuklearrak? Substantzien sartu-irtena kontrolatzen du:

• Sartu: Histonak eta erreplikaziorako/transkripziorako entzimak (DNA polimerasa, etab.).
• Irten: RNA mota desberdinak (mRNA, tRNA) eta erribosomen azpiunitateak.

11. Ariketa: Kromatina eta kromosomak

a) Zertan bereizten dira kromatina eta kromosomak? Biak osagai berdinez eginda daude (DNA + histonak), baina konpaktazio-maila desberdina dute:

• Kromatina: Interfasean agertzen da. DNA desbiribilkatuta dago, informazioa irakurri (transkripzioa) eta kopiatu (erreplikazioa) ahal izateko.
• Kromosomak: Zelula zatiketan (mitosia/meiosia) agertzen dira. Kromatina erabat trinkotzen da banaketa errazteko eta DNA apurtzea saihesteko.

b) Defini ezazu nukleosoma. Kromatinaren oinarrizko unitatea da. DNA harizpia histona izeneko 8 proteinaz osatutako oktamero baten inguruan biribilkatzean sortzen den egitura da ("lepoko baten aleak" bezala).

12. Ariketa: Ziklo zelularra

a) Zein dira Ziklo Zelularraren faseak? Bi etapa nagusi daude:

1. Interfasea (luzeena):

G1: Zelula hazten da eta organuluak bikoizten ditu.

S (Sintesia): DNAren erreplikazioa gertatzen da. Fase honen amaieran kromosomek bi kromatida dituzte.

G2: Zatiketarako prestatzen da (proteinak sintetizatu, etab.).

2. M fasea (zatiketa): Mitosia (nukleoaren zatiketa) eta zitozinesia (zitoplasmaren zatiketa).

b) Zer gertatzen da S fasean akats bat badago? Zelulak kontrol-puntuak (checkpoints) ditu. S fasean DNA gaizki kopiatu bada, p53 bezalako proteinek zikloa geldiarazi eta konpontzen saiatzen dira. Konpon daitekeen kaltea bada, konpontzen saiatzen dira; bestela, zelulak apoptosia izan dezake. Mekanismo honek huts egiten badu, minbizia (tumoreak) sor daiteke.

13. Ariketa: Mitosia

a) Identifikatu mitosiaren faseak eta gertaera nagusiak.

1. Profasea: Kromatina trinkotu eta kromosomak ikusgai egiten dira. Nukleoloa eta mintz nuklearra desagertzen dira. Ardatz mitotikoa eratzen hasten da.

2. Metafasea: Kromosomak (bi kromatidarekin) zelularen ekuatorean lerrokatzen dira, plaka ekuatoriala osatuz. Ardatzaren mikrotubuluak zentromeroetara lotzen dira.

3. Anafasea: Ardatzaren zuntzak laburtu egiten dira eta kromatida ahizpak banandu egiten dira, poloetara migratuz. Orain kromatida bakoitza kromosoma independentea da.

4. Telofasea: Kromosomak poloetara iritsi, desbiribilkatu eta berriro kromatina bihurtzen dira. Mintz nuklearra berreraikitzen da.

3. Lipidoen katabolismoa

Lipidoak, batez ere triglizeridoak, animalia- eta landare-zelulen erreserba energetiko nagusia dira. Koipe gramo batek 9,5 kcal ematen ditu, eta gluzidoek edo proteinek 4,2 kcal soilik.

Animalia-zeluletan, gantz-azidoen katabolismoa mitokondriaren matrizean eta peroxisometan gertatzen da; landare-zeluletan eta legamietan, berriz, peroxisometan bakarrik.

Triglizeridoen katabolismoa hidrolisiarekin hasten da: lipasa eta esterasa entzimek ester loturak hausten dituzte, eta glizerina eta gantz-azidoak askatzen dira.

Glizerinaren degradazioa

Zitosolean, glizerina fosforilatu egiten da ATP kontsumituz, eta glizerol-3-fosfatoa sortzen da. Molekula hori oxidatu egiten da, eta dihidroksiazeton-3-fosfatoa eratzen da. Azken hori glukolisian edo bide anabolikoetan sar daiteke, glukosa sintetizatzeko.

Gantz-azidoen degradazioa

I. Gantz-azidoaren aktibazioa

Gantz-azidoa azetil-CoAri lotzen zaio, eta azil-CoA moduan aktibatzen da. Prozesuak 2 ATP kontsumitzen ditu (ATP → AMP + PPi). Azil-CoAk karnitinaren bidez zeharkatzen du barne-mintza mitokondriala.

II. β-oxidazioa edo Lynen helizea

Mitokondriaren matrizean, azil-CoA lau erreakzioko ziklo baten bidez degradatzen da. Buelta bakoitzean 2 karbono galtzen ditu azetil-CoA moduan. n karbonoko azil-CoA bat oxidatzeko, (n − 2) / 2 buelta behar dira.

1. Azil-CoAren deshidrogenazioa: α eta β karbonoen artean lotura bikoitza sortzen da, eta enoil-CoA eratzen da. FAD → FADH2.

2. Lotura bikoitzaren hidratazioa: β-hidroxiazil-CoA sortzen da.

3. β-hidroxiazil-CoAren deshidrogenazioa: β-zetoazil-CoA eratzen da. NAD+ → NADH + H+.

4. β-zetoazil-CoAren tiolisia: CoA bat sartzen da, eta azetil-CoA bat eta bi karbono gutxiagoko azil-CoA bat askatzen dira.

4. Proteinen katabolismoa

Dietako proteinak aminoazido-iturri dira. Digestio-hodian, proteasek (pepsina, tripsina eta kimotripsina) lotura peptidikoak hidrolizatzen dituzte, aminoazido askeak sortuz. Aminoazidoek hiru patu izan ditzakete: proteina berriak sintetizatzea, beste bide katabolikoetan parte hartzea edo oxidazioa bidez energia ematea.

Aminoazidoen katabolismoa mitokondrian gertatzen da, eta bi fase ditu: amino taldearen bereizketa eta azidoen katabolismoa.

Amino taldearen bereizketa

Proteinen katabolismoaren lehen fasea zitoplasman gertatzen da, eta bi erreakzio nagusi ditu: transaminazioa eta desaminazioa.

Transaminazioa

Aminoazidoen amino taldea (–NH2) α-zetoazido batera transferitzen da; normalean, α-zetoglutarikoa da, glutamato bihurtzen dena. Aminoazidoak, aldi berean, bere α-zetoazidoa sortzen du. Prozesua transaminasa entzimek katalizatzen dute, eta batez ere gibelean gertatzen da.

Desaminazio oxidatiboa

Glutamatoa oxidatu egiten da, NAD+ edo NADP+ murriztuz (NADH + H+ sortuz). Amino taldea amoniako edo amonio gisa askatzen da, eta α-zetoglutarikoa berreskuratzen da. Glutamato deshidrogenasak katalizatzen du erreakzioa, gibelean eta giltzurrunean.

Desaminazioan sortzen den amoniakoa toxikoa da, eta animaliek modu desberdinetan iraizten dute:

• Amoniotelikoak: amoniakoa zuzenean iraizten dute (uretako ornogabeak eta arrainak).
• Ureotelikoak: amoniakoa urea bihurtzen dute (ugaztunak, anfibio helduak); urea gibelean sortzen da urearen zikloan, energia kontsumituz.
• Urikotelikoak: amoniakoa azido uriko bihurtzen dute (intsektuak, narrastiak eta hegaztiak), toxikotasun txikiagoa duelako.

Eskeleto karbonatuen oxidazioa

Amino taldea kendu ondoren sortutako α-zetoazidoak bide espezifikoen bidez degradatzen dira, Krebseko zikloko bitartekariak (pirubatoa, azetil-CoA) sortuz. Konposatu horiek erabat oxidatu daitezke CO2 eta H2O emateko, edo glukosa eta gantz-azidoen sintesian erabili.

Aminoazido glukogenikoak

α-zetoazidoak sortzen dituzte, eta horiek Krebseko zikloko metabolito bihurtzen dira. Glukoneogenesiaren bidez glukosa sortzeko gai dira.

Aminoazido zetogenikoak

Azetil-CoAra degradatzen diren α-zetoazidoak sortzen dituzte, eta gorputz zetonkikoak eratzeko gaitasuna dute.

Aminoazido mistoak

Aminoazido batzuk glukogenikoak eta zetogenikoak dira aldi berean: triptofanoa, fenilalanina, tirosina eta isoleuzina.

1. Erreakzio kimikoak eta katalizatzaileak

Erreakzio kimikoetan erreaktiboak produktu bihurtzen dira, baina tarteko fase bat dago: trantsizio-egoera edo konplexu aktibatua, non erreaktiboen loturak ahultzen diren eta produktuenak eratzen hasten diren. Egoera horretara iristeko aktibazio-energia behar da, hau da, erreakzioa gertatzeko gainditu beharreko oztopo energetikoa.

Erreakzioetan energia xurgatu edo askatu egiten da, loturak hautsi edo sortzean. Molekulen energiari energia askea deitzen zaio, eta erreakzio berezkoetan produktuek energia aske txikiagoa dute erreaktiboek baino.

Bi erreakzio mota bereizten dira:

• Endergonikoak: produktuek energia handiagoa dute, eta energia behar dute.
• Exergonikoak: produktuek energia txikiagoa dute, eta energia askatzen dute.

Erreakzioaren abiadura aktibazio-energia gutxituz handitzen da, batez ere bi modutan:

• Tenperatura igota: molekulen energia zinetikoa handitzen da.
• Katalizatzaileak erabilita: aktibazio-energia gutxitzen dute, erreakzioa azkartzen dute eta ez dira kontsumitzen.

2. Biokatalizatzaileak edo entzimak

Zeluletako erreakzio kimikoak entzimek katalizatzen dituzte. Bi entzima mota nagusi daude:

• Proteina globularrak: gehienak dira; egitura tridimentsionala dute, aminoazidoen sekuentziaren araberakoa. Desnaturalizatu daitezke beroaren, pHaren edo substantzien eraginez.
• Erribozimak: RNA molekulak dira, funtzio katalitikoa dutenak, eta ez dira suntsitzen.

Entzimek erreakzio ugari katalizatzen dituzte (metabolismoa, sintesia, DNAren erreplikazioa…). Isozimak entzima beraren aldaerak dira: propietate desberdinak izan arren, erreakzio bera katalizatzen dute (adib. laktato deshidrogenasaren bost isozima).

2.1. Entzimen ezaugarriak

Ezaugarri komunak:

• Aktibazio-energia gutxitzen dute.
• Ez dute erreakzioaren energia-aldakuntza aldatzen.
• Kantitate txikitan jarduten dute.
• Ez dira suntsitzen, berrerabilgarriak dira.

Ezaugarri espezifikoak:

• Oso eraginkorrak: erreakzio-abiadura ohia baino milioi bat aldiz baino gehiago azkartu dezakete.
• Izaki bizidunetan tenperatura berean jarduten dute beti.

Oso espezifikoak izan ohi dira, bai katalizatzen duten erreakzio motan, bai molekulan jardutean. Ia entzima guztien tamaina handiagoa da haien eraginpeko molekulena baino.