CITOLOGIA Tema 1: La cèl·lula eucariota. La membrana plasmàtica.

1

TEMA 1: LA CÈL·LULA EUCARIOTA. LA MEMBRANA PLASMÀTICA LA CÈL·LULA EUCARIOTA: La cèl·lula és la unitat vital amb plena autonomia, per si mateixa pot fer les seues funcions vitals. Distinguim tres tipus d’organismes amb ‘vida’:

- Procariotes: Sense nucli definit, son prou simples. Tenen el DNA solt pel citoplasma, amb una membrana més o menys complexa i poden viure en qualsevol condició.

- Eucariotes: Tenen en nucli be definit. El seu interior és més complexe i n’hi han diversos compartiments. La part central és el nucli. A major complexitat, major tamany.

- Virus: Tenen dependència d’altres organismes, son incomplets. Consisteixen en material genètic (DNA o RNA), que pot o no estar encapsilat dins d’una càpside més o menys complexa.

Tamanys: Virus < Bacteri (procariota) < Cèl·lula animal < Cèl·lula vegetal. Organització:

- Virus: Genoma i coverta. - Bacteris: Membrana, genoma i fluid cel·lular. - Cèl·lules animals: Membrana, genoma, fluid cel·lular i compartiments. - Cèl·lules vegetals: Membrana, genoma, fluid cel·lular i compartiments.

L’objectiu de la citologia és conèixer l’organització de les cèl·lules, en forma i funció, amb diferents mètodes:

- Forma: Microscopia òptica (en funció del color) o electrònica (en funció de la densitat). - Funció: Bioquímica aplicada a la visió.

En el cas de la microscopia, les cèl·lules ja es troben mortes, i les imatges (electrònica) dins d’una foto fixa. Per a saber els procesos quan la cèl·lula està viva tenim la bioquímica. Els protistes tenen autonomia i són organismes unicel·lulars, però això no vol dir que siguen simples, poden desenvolupar especificitats i estructures que no trobem al nostre cos (per exemple, el mecanismes d’anclatge als sòl). Els organismes pluricel·lulars que viuen en medis aquàtics i els animals complexos, són més complicats d’estudiar. Per tal d’estudiar-los hi ha que fer una preparació de mostres de teixits, tallant fines capes amb un microtom i fent una observació amb microscopi. Microscopia: Els talls de microscopi òptic són fins a 5µm i els de l’electrònic fins 90nm de grossor. Fent les fixacions i tincions oportunes podrem vore els diferents tipus de teixits. El microscopi de fluorencència es basa en l’absorció de llum d’algunes molècules i l’emissió de la mateixa molècula d’altres tipus de llum, quan deixes d’aplicar la llum del microscopi, la molècula deixa també d’emetre llum, al contrari que pasaria amb un procés de fosforescència. Dins de la fluorescència n’hi han diferents graus de detall. Microscopi de fluorescència confocal: Es fa servir un làser. El fil de llum, més prim que la mostra, va recorrent-la i donant una imatge més precisa d’aquelles zzones on es troben les molècules capaces d’absorvir eixa llum. N’hi han dos tipus de microscòpics electrònics:

1. Microscopi electrònic de transmissió: Necessita talls i preparació de la mostra. 2. Microscopi electrònic de rastreig: No cal fer talls. La mostra és tractada amb diferents

agents i posteriorment bombardejada amb electrons per a que done la imatge. Tinció negativa: Un tipus de tinció aplicada a coses concretes, com poden ser les proteïnes del DNA. Criofractura: És una tècnica que es basa en congelar la mostra i fer talls. Es sol trencar per les membranes, degut a la congelació. Després s’ombreja amb àtoms pesats i es posa una capa de carboni per a fixar-la. El teixit és digerit i ens queda una rèplica que posem al microscopi de transmissió per a vore el seu relleu. LA MEMBRANA PLASMÀTICA: Separa la cèl·lula de la resta, els orgànuls també tenen membranes (nuclear, mitocondrial... etc). Les membranes tenen un gruix entre 7 i 10 nm que fa imposible la seua visió amb un microscopi òptic, encara que sí es posible veure les parets cel·lulars de les cèl·lules vegetals.

CITOLOGIA Tema 1: La cèl·lula eucariota. La membrana plasmàtica.

2

Lípids: Són els components més importants perque sense ells no poden existir les membranes. Tipus de lípids:

- Fosfolípids. - Colesterol. - Glicolípids.

* Fosfolípids: Entre els lípids es troben els fosfolípids (que tenen grups fosfat units al glicerol), i el fosfolípid de membrana més comú és la fosfatidilcolina que té una cadena insaturada (que dificulta la interacció entre les cadenes de fosfolípids) i l’altra saturada i la colina unida al fosfat. La representació més simple dels fosfolípids consisteix en un cap polar hidrofílic i una cua apolar hidrofòbica. Els diferents fosfolípids (fosfatidilcolina, fosfatidiletinolamida, fosfatidilserina i esfingomielina) es diferencien entre ells principalment pel cap. En un medi aquós aquestos fosfolípids tenen un comportament especial, que fa que adopten diverses estructures. ● Propietats dels fosfolípids en medi aquós:

- Formació de micel·les: Les cadenes apolars es

troben dins d’una esfera, sense interaccionar amb l’aigua, i els caps fora de l’esfera, en interacció.

- Formació de la bicapa lipídica: Dues capes de fosfolípids que posen les cues en contacte i deixen els caps al medi aquós.

- Formació del liposoma: L’estat de bicapa lipídica és energèticament desfavorable, i poc a poc es plega sobre sí mateix donan un estat favorable que consisteix en formar una esfera amb aigua fora i dins.

● Propietats dels fosfolípids en les membranes: Els fosfolípids de les membranes no es troben rígids, es mouen continuament, interaccionen, tenen diversitat en quant a la seua composició... etc. Els moviments que poden fer son:

- Difusió lateral: De dreta a esquerra i de davant a arrere. - Flip-flop: Canvien de bicapa lipídica. No te lloc espontàniament. - Rotació: Giren sobre sí mateixos. - Flexió: Les cadenes dels fosfolípids es mouen lateralment.

Els liposomes de fosfolípids saturats es congelen abans, degut a una major interacció que la que tenen els insaturats. Quan la temperatura va baixant, els fosfolípids es van juntant i formant estructures rígides que li lleven movilitat a la membrana, creen tensions que poden fer que es trenque, encara que a les nostres cèl·lules tenim mecanismes per a evitar-ho. ● Propietats de les membranes fosfolipídiques: Les membranes son asimètriques, tenen diversitat i la monocapa interna no és igual que la externa. Les monocapes internes solen tenir fosfolípids amb càrregues (negatives), mentre que les monocapes externes tenen glicolípids. A més, les membranes són semipermeables per a permetre l’intercanvi amb el medi extern. Les molècules hidrofòbiques i polars petites la poden atravessar amb facilitat, però les molècules polars grans no poden travesar-la de forma espontània, calen d’algun mecanismes per a pasar. Tampoc no poden passar els ions, encara que siguen molt petits perque estan carregats. * Colesterol: Es un altre component lipídic hidrofòbic. Es tracta d’una molècula de dimensions reduides en comparació amb els fosfolípids. Té un cap apolar molt xicotet si comparem amb la resta de la molècula.

CITOLOGIA Tema 1: La cèl·lula eucariota. La membrana plasmàtica.

3

● Efecte del colesterol en les membranes: Com que és una molècula tan petita, això li dona molta mobilitat, i pot fer flip-flop de manera espontània gràcies a les reduides dimensions del seu cap polar. D’altra banda actua reduint les interaccions entre els fosfolípids i per tant dona una major fluidesa a les bicapes. Les bicapes lipídiques naturals tenen els fosfolípids distribuits de manera que en la monocapa externa n’hi han més que en la interna, si per alguna

tensió es deforma la bicapa i calen més molècules en la interna que en la externa seria el colesterol el encarregat de canviar de monocapa, ja que els fosfolípids no poder fer flip-flop espontàniament. * Glicolípids: No tenen grup fosfat, consisteixen en una cadena de sucres normalment corta i simple. S’uneixen als fosfolípids de les membranes externes i es fixen en un punt de la cèl·lula en la membrana. El citoplasma mai no està en contacte amb els sucres. Proteïnes: Les membranes també tenen proteïnes unides a la bicapa de diferents maneres. Tipus de proteïnes:

- Integrals: Travessen la membrana total o parcialment i es troben unides a fosfolípids. Si es volen aillar cal trencar la membrana amb alguna mena de detergent.

- Perifèriques: S’uneixen a proteïnes integrals. Es poden aillar amb facilitat per electroforèsi o centrifugació.

Per a comprovar que efectivament estan anexades a la bicapa lipídica s’utilitza la criofractura, on la bicapa es separa i es poden trobar proteïnes i depressions on estaven altres proteïnes. ● Propietats de les proteïnes en les membranes: - Mobilitat: Si fussionem cèl·lules humanes amb cèl·lules de ratolí les quals tenen les seues proteïnes marcades específicament amb anticossos fluorescents, i fem una incubació a 37ºC trobem que les proteïnes es distribueixen uniformement per la cèl·lula, i el marcatge fluorescent d’aquestes proteïnes no ens permet distinguir la part humana de la part del ratolí. - Limitacions: * Proteïnes que estan sempre juntes (complexos). * Proteïnes unides a elements extracel·lulars. * Proteïnes unides a elements intracel·lulars. * Proteïnes unides a dues cèl·lules, comunicant-les. L’espermatozou té compartiments en la membrana, per tant es pot fer un marcatge de proteïnes i veiem que te proteïnes específiques del cap i la cua. ● Funcions de les proteïnes de membrana:

- Activitats enzimàtiques. - Interacció amb altres cèl·lules. - Interacció amb el medi extracel·lular. - Transport/permeabilitat de la membrana. - Receptors de senyals extracel·lulars.

* Transport: - Canal o transportador: Les proteïnes canal deixen una obertura

para el pas d’ions a través de la membrana, les proteïnes transportadores són aquelles que s’uneixen a la molècula i pateixen un canvi conformacional per tal de permetre el pas.

- Difusió o transport: La difusió té lloc quan la molècula que passa no necessita ajuda de cap proteïna, transportador o complex. En el transport calen proteïnes, ja siguen canal o transportadores.

- Transport actiu o pasiu: En l’actiu es consumeix ATP perque es fa en contra del gradient. En el pasiu no es consumeix ATP, te lloc a favor del gradient.

CITOLOGIA Tema 1: La cèl·lula eucariota. La membrana plasmàtica.

4

El transport a través de la membrana és saturable si augmenta la concentració i a més pot ser molt complex.

- Uniport: El transportador deixa pasar a una única molècula. - Simport: El transportador deixa pasar a més d’una molècula, totes en el mateix sentit. - Antiport: El transportador deixa pasar a més d’una molècula en tots dos sentits.

● Exemple de transportador actiu amb ATP: Un exemple de transportador actiu amb consum d’ATP és la bomba sodi-potassi. Quan injectem NaCl en un medi de cultiu cel·lular, totes les cèl·lules estan exposades a ell i es crea un desequilibri. El potassi es troba en excés en la cèl·lula i en defecte fora, al contrari que el sodi i el clor. En un moment donat la cèl·lula allibera el K+ amb la conseqüent entrada de Na+, per tal d’expulsar-ho fora (on la concentració de Na+ és major) la cèl·lula necessita gastar ATP perque elevades concentracions de Na+ dins poden resultar tòxiques. Un altre exemple d’ATPasa important és la del calci, encarregada de eliminar el Ca2+ que entra dins la cèl·lula tras la contracció en les cèl·lules musculars. ● Establiment dels gradients transcel·lulars:

Les cèl·lules tenen els seus transportadors regulats d’una manera coordinada. Com a exemple tenim els enteròcits, capaços de transportar nutrients com el Glc dins de l’organisme, però pot arribar un moment que tinga masa Glc, més concentració que la necessària a la dieta, però a pesar d’això pot seguir omplint-se de Glc, gràcies a un sistema simport, que utilitza com a força motora el Na+. Com que la concentració de Na+ és baixa dins la cèl·lula, te molta força al entrar i arrosega el Glc cap a dins sense necessitat d’utilitzar ATP. El Glc pasa a la sang i el sodi és eliminat mitjançant una ATP-asa que gasta K+ i ATP.

● Activitat discontínua dels canals: Els canals s’obrin i encara en la situació d’opertura es tanquen (amb el lligand encara unit o el potencial diferent) deixen pasar un temps i tornen a estar sensibles a altres estímuls, tornant a la situació inicial. Açò és necessari en l’impuls nerviós. Els neurotransmissors pasen d’una cèl·lula a altra, i per a que l’estímul arribe te que canviar el potencial de membrana i així alliberar els neurotransmissors (sinapsi). Quan els canals de la cèl·lula receptora s’obrin deixen pasar Na+ que provoca un desequilibri voltaic i fa que s’obriguen també els sistemes depenents de voltatge, un darrere d’altre, al llarg de tot l’axó neuronal. Tipus de canals:

Canals depenents d’ions (voltatge): Tetràmers. Canals depenents de lligand: Cinc cadenes o subunitats polipeptídiques de les

quals dues son els receptors. Canals d’unions gap: Junten dos cèl·lules, es tracta de 6 cadenes polipeptídiques,

12 en total (6 de cada cèl·lula). Glúcids: Els glúcids presents en la membrana plasmàtica son:

- Glicolípids. - Glicoproteïnes: Units a proteïnes (1:n). Amb ramificacions en les cades de glúcids. - Proteoglicans: Glicosaminoglicans (GAG) units a proteïnes. Els dos tipus de sucre es

repeteixen n vegades en la mateixa seqüència (1:nn), sense ramificacions.

CITOLOGIA Tema 1: La cèl·lula eucariota. La membrana plasmàtica.

5

A la cara interna de la membrana (citosòlica) no tenim sucres. Anomenen glicocàlix a tot el conjunt de glúcids units a la membrana, que augmenten el seu grossor. Les glicoproteïnes s’uneixen pel grup amino lliure (N-), i els proteoglicans necessiten un grup O-. Els límits cel·lulars no estan be definits a causa del glicocàlix, ja que es junten les proteïnes perifèriques de diferents cèl·lules. El glicàlix també dona identitat a la cèl·lula perque permet buscar proteïnes pel sucre perifèric específic, conferidor d’aquesta identitat. Així es poden establir sistemes de reconeixement de glúcids específics, per a determinar el tipus cel·lular. El glicocàlix també pot actuar com una mena de filtre de molècules, per exemple un glicocàlix carregat positivament no permetrà el pas de cations a la cèl·lula.