UD6 La cèl·lula, unitat d’estructura i funció

Índex1. Introducció.2.El descobriment de la cèl·lula.

2.1.Naixement i desenvolupament de la microscòpia.2.2.La teoria cel·lular.2.3.Els avenços en microscòpia.2.4.El concepte de cèl·lula

3.Forma, mida i longevitat de les cèl·lules.3.1.Forma de les cèl·lules.3.2.Mida de les cèl·lules.3.3.Longevitat cel·lular.

4.Estructura de les cèl·lules.4.1.Estructura de les cèl·lules procariotes.

4.2.Estructura de les cèl·lules eucariotes.4.3.Cèl·lula animal.4.4.Cèl·lula vegetal.

5.Els mètodes d’estudi de les cèl·lules.5.1.La microscòpia òptica.5.2.Preparació de mostres per al microscopi òptic.5.3.La microscòpia electrònica.5.4.Preparació de mostres per al microscopi electrònic.

6.Augments i resolució dels microscopis.

1.Introducció

2.El descobriment de la cèl·lula

2.1.Naixement i desenvolupament de la microscòpia.

• S.XVII: 1665 Robert Hooke.

• Observació cèl·lules suro: paret cel·lular residual de cèl·lules vegetals mortes, amb l’interior ple d’aire.

• Anomena a aquestes cel·les: “cells” del llatí cellulae (petites cel·les)

50 augments

• 1668:Van Leeuwenhoek

• Observació dels primers bacteris(cocs, bacils,espirils)

• També protozous, llevats, rotífers, sang,etc.

200 augments

• Pràctica laboratori: Construcción del microscopio de

Leeuwenhoek

• S.XVIII: Pocs avenços en citologia, degut a problemes en les lents (aberracions cromàtiques i esfèriques)

• S.XIX: es corregeixen les aberracions de les lents i es milloren les tècniques de preparació microscòpica (fixació, inclusió i tinció). Observació d’estructures internes.

MICROSCOPIS UTILITZAT PER DARWIN

• 1831: Brown descobreix el nucli a les cèl·lules vegetals.

• 1838: Schleiden postula “totes les plantes estan formades per cèl·lules”

• 1839: Schwann postula: “tots els animals estan formats per cèl·lules”

• 1855: Virchow postula“Omnis cellula ex cellula”. Tota cèl·lula prové d’una altra cèl·lula

• 1888: Ramón y Cajal.Postula “Les neurones són la unitat cel·lular

del sistema nerviós”.

• Principis S.XX. • S’observa el citoplasma, la mitosi i els

cromosomes.• 1902 Sutton i Boveri postulen que la informació

genètica resideix als cromosomes.

• La millora del microscopi òptic permet descobrir: l’àster,mitocondris, cloroplasts, aparell de Golgi, reticle endoplasmàtic i vacúols.

2.2.La Teoria cel·lular

• 1. Tots els éssers vius estan constituïts per una o més cèl·lules.

• 2. La cèl·lula és capaç de dur a terme tots els processos metabòlics necessaris per mantenir-se en vida.

• 3. Les cèl·lules tant sols poden sorgir a partir d’unes altres d’existents.

• 4. La cèl·lula conté tota la informació sobre la síntesi de la seva estructura i el control del seu funcionament, i es capaç de transmetre-la als seus descendents.

• La teoria cel·lular enuncia:

La cèl·lula és la unitat morfològica, fisiològica i genètica de tots els

éssers vius.

2.3.Els avenços en microscopia

• 1934:Ruska i Knoll inventen el microscopi electrònic.

• SXXI.Microscopis electrònics actuals.

Fins a 1.000.000 augments

Ultraestructures:Citoesquelet.Ribosomes.Lisosomes,…

Alguns orgànuls al microscopi electrònic

• L’àster

• Mitocondris.

• Cloroplasts

• Aparell de Golgi.

• Reticle endoplasmàtic.

• Vacùols.

• Activitat: Actividad 1: Óptico o electrónico

2.4.El concepte de cèl·lula

• Estructura constituïda per 3 elements bàsics:

– Membrana plasmàtica.– Citoplasma.– Material genètic.

• Realitza les tres funcions vitals per si mateixa sense necessitat d’altres éssers vius:– Nutrició: conjunt de processos pels quals la

cèl·lula obté matèria i energia de l’entorn, i es desfà dels residus.

– Relació: conjunt de processos pels quals la cèl·lula capta estímuls de l’exterior i hi dona les respostes adequades.

– Reproducció: conjunt de processos pels quals la cèl·lula genera descendència.

Els virus• Són matèria viva però no són cèl·lules:

– No poden reproduir-se per ells mateixos, han d’infectar altres cèl·lules.

– No duen a terme el metabolisme (nutrició), necessiten els enzims d’altres organismes.

Virus infectant altres cèl·lules.

• Web amb activitat sobre els virus: Proyecto Biosfera 1 Proyecto Biosfera 2

Els prions

• Són proteïnes infeccioses responsables de malalties com l’encefalopatia espongiforme bobina (vaques boges) i malalties anàlogues en altres organismes, incloent-hi la malaltia de Creutzfeldt-Jakob en els éssers humans i la tremolor ovina en les ovelles.

• La PrP es troba present normalment en molts animals (inclosos els ésser humans) en una forma no patològica denominada PrPc (proteïna cel•lular relacionada amb el prió), abundantment al cervell.

Procés infecciós• La conformació estable de la PRPc pot canviar en

condicions determinades i encara desconegudes, fins adoptar una conformació denominada PrPsc o proteïna del tremolor relacionada amb el prió. Aquesta forma en que apareix mínimament plegada en una làmina beta, la porció N terminal desordenada destrueix el sistema nerviós.

Aquests estudis han revelat que de fet, la PrPsc i la PrPc són idèntics des del punt de vista químic i, per tant, va semblar

més probable que diferissin en les seves estructures secundàries o terciària, o en ambdues

3.Forma, mida i longevitat de les cèl·lules.

3.1.Forma de les cèl·lules.• No hi ha prototipus de forma cel·lular: hi

ha cèl·lules arrodonides, fusiformes, el·líptiques, prismàtiques, aplanades, etc.

• La forma de les cel·lules està estretament relacionada amb la funció que exerceixen.

C.Musculars: allargades i fusiformes per poder-se contraure i relaxar-se.

Neurones: amb prolongacions per poder transmetre l’impuls nerviós.

• C.epiteli intestinal: amb plecs per augmentar la superficie d’absorció.

• Adipòcits: cèl·lules que acumulen el greix. Arrodonides per les gotes de greix del citoplasma.

• Cèl·lules lliures: normalment globulars degut a la cohesió entre les molècules d’aigua.Canvien de forma per desplaçar-se i per fagocitar partícules.

Leucòcits Globuls vermells Ameba Ciliat

• Les cèl·lules que formen part de teixits adopten formes que depèn de les tensions que hi generen les cèl·lules contigües.

Teixit epidèrmic animal

» Cèl·lules aplanades:no presenten tensions.

» Cèl·lules prismàtiques: presenten tensions per part de les cèl·lules contigües.

• Les cèl·lules proveïdes de paret de secreció rígida: presenten forma molt estable.

Cèl·lules vegetals:paret de cel·lulosa

• Cèl·lules teixit ossi (osteòcits):envoltades per matriu

òssia de fosfat i carbonat càlcic.Osteòcit

• La seva forma pot variar per:

– L’absència de paret cel·lular rígida.– Les tensions d’unions a cèl·lules

contigües.– La viscositat del citosol.– Els fenòmens osmòtics.– El tipus de citoesquelet intern.

• Activitat forma i funció:Actividad 3: Relación forma-función celular

• Unitats de mesura en citologia.

Dimensions1mm = 1.000 µm (micra)1µm = 1.000 nm (nanòmetre)1nm = 10 Å (angstrom)

1µm =1x10-6m 1nm=1x10-9m 1Å=1x10-10m

3.2.Mida de les cèl·lules.

• Unitats de mesura en citologia.

Massa d’orgànuls1pg (picogram)=10-12grams

Massa de macromolècules1dalton=1,66x10-24 grams

Exemple: glucosa 180 daltons

• La mida de les cèl·lules és extremadament variable.– Molt petites: bacteris (1-2µm)

• Molt grans: oòcits d’estruç (7cm Ø)

• Molt llargues: neurones de cetacis (uns quants metres de longitud).

3.3.Longevitat de les cèl·lules.

• La durada de la vida de les cel·lules és molt variable: de hores a anys (tota la vida d’un individu).

Epiteli respiratori: 8 hores

Teixit muscular estriat: tota la vida de l’organisme. Ha perdut la capacitat de reproducció.

• Activitat 6 pàgina 101.• Activitat 7 i 8 pàgina 102.• Activitat 9 pàgina 103.(V=(4/3) x (πr3))

4.L’estructura de les cèl·lules.

• Estructura constituïda per 3 elements bàsics: – Membrana plasmàtica.– Citoplasma.– Material genètic.

• Podem classificar les cèl·lules:– Procariotes: sense nucli.– Eucariotes: amb nucli.

4.1.Cèl·lules procariotes.

• Només el regne de les moneres, és a dir, els bacteris.

• Petites: del tamany d’un cloroplast.• Tenen:

– Membrana plasmàtica.– Paret bacteriana.– Citoplasma.– Ribosomes.– Mesosomes.– Material genètic (ADN)

Ribosomes: síntesi proteïnes.Mesosomes: plecs interiors de la membrana plasmàtica que generen energia (com els mitocondris de les cèl·lules eucariotes).ADN: única fibra bicatenària i circular i una mica condensat.

Membrana plasmàtica: no conté colesterol.Paret bacteriana: coberta rígida i gruixuda per fora de la m. plasmàtica.Citoplasma: medi intern de la cèl·lula.

• Activitat diferències entre eucariotes i procariotes:

Actividad 2: Procariotas y Eucariotas• Programa “Què,qui,com”: Bacteris de

l’intestí a Mart. Què qui com

4.2.Cèl·lules eucariotes.

• Molt complexes.• Presenten:

– Membrana plasmàtica, i matriu extracel·lular.– Estructures mancades de membrana.– Sistema endomembranós. – Orgànuls productors d’energia.

Membrana plasmàtica.

Matriu extracel·lular (membrana de secreció externa en algunes cèl·lules animals).

• Estructures sense membrana: ribosomes, centrosomes i citoesquelet.

ribosomes

• centrosomes

•citoesquelet

• Sistema endomembranós: conjunt de membranes intercomunicades i de vesícules aïllades que en deriven.

Reticle endoplasmàtic que deriva de la coberta nuclear del nucli.

Nucli (coberta nuclear, nucleoplasma, cromatina, nuclèols)

Aparell de Golgi.Lisosomes.Vacúols.

Reticle endoplasmàtic

Nucli

Aparell de Golgi

Cloroplasts, obtenció d’energia partir de l’energia lluminosa.

Mitocondri, obtenció d’energia a partir de

l’oxidació de la matèria orgànica.

•Orgànuls productors d’energia:

4.3.Cèl·lula animal.

Exclusiu de les c.animals:• Matriu extracel·lular.• Centríols.• Vacúols petits.• Flagels, cilis i pseudopodes.• Glicogen.

• Excepció: Elysia chlorotica, el mol·lusc fotosintètic. (incorpora cloroplasts de les algues en el seu organisme i realitza la fotosíntesi)

4.4.Cèl·lula vegetal.

Exclusiu de les c.vegetals: • Paret cel·lular.• Vacúol gran en posició central, desplaça

nucli cap a un lateral.• Plasts (ex.amiloplast)• Cloroplast.• Midó.

• Microscopi electrònic (20.000x)

• Microscopi electrònic.

• (8000x)

• Reticle endoplasmàtic (M.E.)

• Interior cèl·lula (M.E.)

• Activitats:IndexzonaClic - activitats - La cèl·lula

5.Els mètodes d’estudi de les cèl·lules.5.1.La microscòpia òptica.(1000 augments)

El microscopi òptic està constituït basicament per:• 2 lents de vidre d’augment (ocular i objectiu).• Font d’il·luminació (llum).• Diafragma (1 lent condensadora:condensa la

llum cap a la mostra)• Platina (on posem el portaobjectes amb la

mostra o preparació).• Medi: aire atmosfèric.

• Activitat parts del microscopi:http://www.xtec.es/~coliver/bio/microscopi.htm• Animació funcionament microscopi òptic:• Proyecto Biosfera

5.2.Preparació de mostres per al microscopi òptic.

• Cerebel.Fitxer:Cerebellum.gif - Viquipèdia Tall histològic

ImatgeM.O.

a)Preparacions talls histològics permanents.

FIXACIÓ (conservar)

INCLUSIÓ (donar rigidesa)

TALL (facilitar que la llum travesse)

TÍNCIÓ (les cèl·lules són incolores)

MUNTATGE (per posar-la al MO)

FIXACIÓ• Objectiu: conservar la mostra, és a dir, preservar

la morfologia, l’organització interna i composició quimica.

• Fixadors: alcohol etílic 70%, formaldehid,...

Tipus de inclusió

Per inmersió Per perfusió (sistema criculatori)

INCLUSIÓ

• Objectiu: donar rigidesa per evitar-ne la deformació durant el tall.

• Abans s’ha de deshidratar perquè el medi d’inclusió és hidròfob i cal eliminar l’aigua per una bona inclusió.

Deshidratació

• Inclusió

TALL

• Objectiu: hem de tallar la mostra en capes fines per deixar passar la llum i poder formar la imatge.

• Aparell: micròtom.• Gruix mostra: 6-12µm

• Micròtom de rotació

• Animació micròtom: http://campus.usal.es/~histologia/aplicacion/

espanol/histotec/general/gene07/parafin.gif

TINCIÓ

• Objectiu: les mostres són incolores i transparents a la llum, cal tenyir-les per observar les estructures.

• Segons les estructures que es vulguin destacar, s’utilitzen uns colorants o uns altres.

Exemple colorants: hematoxilina(nucli),eosina(citoplasma)

MUNTATGE

• Objectiu: preparar la mostra per poder observar-la.

• Es cobreix la mostra amb medi de muntatge viscós i transparent, i després es col·loca al damunt un cobreobjectes per protegir-la.

5.2.La microscòpia electrònica.El microscopi electrònic està constituït basicament per:• Feix d’electrons: xoquen amb els àtoms de la mostra

i es dispersen en diferents feixos.• Filament (càtode):produeix el feix d’electrons.• Lents: 2 bobines cilíndriques (imants)que generen

camp magnètic que condensa el feix d’electrons que passa pel seu eix central.Una bobina condensa el feix sobre la mostra i l’altra condensa alguns dels feixos que ha sigut dispersat per la mostra i els projecten creant la imatge.

• Platina (on posem la mostra o preparació).• Medi: buit.

a)MET (Microscopi electrònic de transmissió)Transmission electron microscope

• Els electrons travessen la mostra.• Imatge sobre pantalla fluorescent.• Poder de resolució: 4Å• 1.000.000 augments.

b)MES (Microscopi electrònic de rastreig)Scanning electron microscope • Els electrons són reflectits per la mostra.• Imatges en 3D sobre projector de televisió.• Poder de resolució: 200Å• 200.000 augments

Tipus de m.electrònic

M.O. M.E.T. M.E.S.

luzc

objeto

b

imagen

o

interruptor

Cañón de electrones

c

objeto

b

imagen

o

Microscopio electrónico Microscopio óptico

Fundamento del microscopio óptico y del microscopio electrónico

c) condensador; b) objetivo; o) ocular.

electrones

visor

5.4.Preparació de mostres per al microscopi electrònic.

• FIXACIÓ:hi ha prefixació amb glutaraldehid i fixació amb tetraòxid d’osmi.

Tetraòxid d’osmi

• INCLUSIÓ:amb resina plàstica.

• TALL: molts fins (150-500Å) mitjançant ultramicròtoms.

ultramicròtom tall i recollida de les mostres en una reixeta

• TINCIÓ: no hi ha tinció, ja que la imatge que resulta de la difracció dels electrons és sempre en positiu i negatiu (blanc i negre).

• CONTRAST:es fa un contrast amb solucions de sals de metalls pesants per ressaltar-ne les estructures.

• Per al MES, cal cobrir completament la mostra amb una capa de metalls que s’adaptin perfectament al relleu de la mostra i que no deixin passar els electrons a través d’aquesta.

• Després s’introdueix la reixeta al tub del microscopi a través d’una comporta que evita l’entrada d’aire.

Web tècniques histològiques.

• http://webs.uvigo.es/mmegias/6-tecnicas/1-proceso.php

Exemple: linfòcits.Microscopi òptic M.E.T

M.E.S

6.Augments i resolució dels microscopis.

Nombre d’augments = Mida de la imatge / mida real de l’objecte

Nombre d’augments = augments de l’ocular x augments de l’objectiu.

• Poder de resolució:la capacitat de distingir dos punts que són molt a prop. humans: punts separats a 0,1mm (100µm)

poder de resolució 100µm

M.O.:punts separats a 0,2µm poder de resolució 0,2µm

M.E. : punts separats a 4Å poder de resolució 4Å

Activitats• http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/2bachillerato/La_celula/index.htm• http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/2bachillerato/La_celula/contenidos2.htm• http://web.educastur.princast.es/proyectos/biogeo_ov/2BCH/B2_CELULA/t21_CELULA/TEST.htm

Quin microscopi és?

Epiteli nasal

Epiteli respiratori

Epiteli intestinal

Epiteli intestinal

Aplicacions

Alerta por el uso del ácido linoleico conjugado como adelgazante · ELPAÍS.com

Activitat microscopi electrònic.

Blog de Jordi Carmona: enllaços i activitats didàctiques: Microscopi electrònic

Webs d’interès

index Medicina, Historia y Sociedad Carrascal microscopes collection

Proyecto Biosfera