T4: L'ORIGEN DE LES PRIMERES CÈL·LULES

Mida de la majoria dels bacteris

1 μm - 10 μm

Mida de la majoria dels eucariotes

10μm - 100μm

Estructura de les cèl·lules procariotes

• Petites

• Citoesquelet procariota

• ADN circular

• Paret cèl·lular de peptidoglicans

• Reproducció: fissió binària o bipartició

• Algunes poden tenir replegament de la membrana (ampliació de la superfície de la membrana cel·lular)

  • Pero tmb podem trobar procariotes grans, amb citoesquelet intern, cromosomes rectes…

Tipus de parets cel·lulars bacterianes

• Grampositiva: té una capa de peptidoglicans (mureïna)

• Gramnegativa: capa de peptidoglicans (mureïna) amb una membrana externa de lipopolisacàrids

Diferències de les membranes d’arqueus i membrana de bacteris i eucariotes

Membrana arqueus	Membrana de bacteris i eucariotes
Cadenes d'isoprè	Àcid gras
Enllaç èter	Enllaç èster
L-glicerol	D-glicerol
Fosfat	Fosfat

Membranes dels arqueus

• Lípids èter amb glicerol → enllaços èter tenen una resistència química superior, donaria major capacitat a alguns arqueus per sobreviure a temperatures extrems o en ambients molt àcids o alcalins

 

• Estereoquímica (distribució espacial dels àtoms) és inversa a la dels altres organismes

• Cadena lateral isoprenoide (cadena d'isoprè) dels fosfolípids -> ajuden a que les membranes NO tinguin fuites (que molècules o ions no passin a través de la membrana sense control) a altes temperatures

 

• (Alguns) tenen una capa lipídica única (les cues de dues molècules fosfolipídiques es fusionen i formen una única molècula amb 2 caps polars) -> dona major rigidesa i seria més apta per resistir ambients severs

Els bacteris i els arqueus es diferencien per…

•  Tipus de molècules que formen les seves membranes plasmàtiques

•  La seva paret cèl·lular

• Pels mecanismes de transcripció i traducció d'ADN

Reproducció dels procariotes

• TRANSFERÈNCIA VERTICAL DE GENS

  • Bipartició o fissió binària: bacteri replica el seu ADN i es divideix resultant en dues cèl·lules idèntiques (nous individus)

 

• TRANSFERÈNCIA HORITZONTAL DE GENS  (gens d'una espècie són incorporats en el genoma d'una altra espècie, pot tenir lloc entre els dominis, NO es generen nous individus)

 

• Transformació: ADN present en el medi ambient es incroporat per altres bacteris

• Transducció: bacteriòfag (virus) transfereix ADN d'un bacteri a un altre bacteri

• Conjugació: transferència d'un plasmidi

Mesura del coeficient de sedimentació en una centrifucació dels ribosomes de procariotes i eucariotes

• Procariotes: 70S (subunitat gran: 50S i subunitat petita: 30S)

• Eucariotes: 80S (subunitat gran: 60S i subunitat petita: 40S)

Descobriment del domini Arquea

El gen ARNr 16S es transmet verticalment i comparant seqüències de nucleòtids ARNr 16s es va descobrir el domini Arquea

Orgànuls d’una cèl·lula eucariota animal

• Mitocòndria

• ribosomes

• peroxisomes

• centríols

• Lisosomes

• aparell de golgi

• membrana plasmàtica

• reticle endoplasmàtic (rugós i llis)

• citoesquelet

• nucli i nuclèol

(Mr.clamp renc)

Orgànuls d’una cèl·lula eucariota vegetal

• Vacúol

• Ribosomes

• Membrana plasmàtica

• Peroxisoma

• Cloroplast

• Aparell de golgi

• mitocondri

• reticle endoplasmàtic (llis i rugós)

• citoesquelet

• nucli i nuclèol

Origen de la cèl·lula eucariota

• 2.200 millions d'anys (després de la formació de la capa d'ozó i abans de l’aparició de la fotosíntesi oxigenica)

• Hi ha eucariotes unicel·lulars sense mitocondris, però amb hidrogenosomes (orgànuls derivats dels mitocondris) que viuen en ambients anaeròbics

  • No requereixen O2 per sintetitzar ATP

  • Oxiden el piruvat i produeixen H2 i ATP

Primers científics en postular l’origen endosimbiòtic de les cèl·lules

• Konstantin merechowsky va ser el 1r en postular l'origen endosimbiòtic dels cloroplasts

• Lynn Margulis formula la Teoria de l'endosimbiosi serial a partir de les teories de Konstantin merechowsky

Possibles esdeveniments de l’origen de les eucariotes (esdeveniment 1)

1. Eucariota no mitocondrial primitiu + alfaprotoebacteri → eucariota mitocondrial primitiu

   • Problema: no s'han trobat cèl·lules semblants a les eucariotes però sense mitocondris ni derivats de mitocondris

2. Arquea + alfaprotoebacteri → Eucariota mitocondrial primitu

L’adquisició de mitocòndries havia de ser abans o després de la capacitat per fagocitar?

• Es postula que l'adquisició de mitocòndries havia de ser abans que la capacitat per fagocitar

• Fagòcits havien de ser prou grans per engolir altres cèl·lules

• Fagocitosi requereix molta energia

• Procariotes grans menys eficients des del POV energètic → la cèl·lula hoste havia de tenir mitocondris per poder créixer i convertir-se en un fagòcit gran i actiu sense esgotar E per altres funcions

Origen de la cèl·lula eucariota (esdeveniment 2)

La primera eucariota va ser una quimera (arqueu i bacteri)

 

1. Cèl·lula bacteriana (aèrobic facultatiu precursor dels mitocondris) i arquea (anaèrobic estricte)

2. L'arquea engoleix a la cèl·lula bacteriana

3. Transferència de gens del bacteri a l'arqueu, síntesi d'estructures membranoses (possiblement el reticle endoplasmàtic)

• Eucariotes tenen enzims que provenen dels bacteris (glucòlisi, síntesi de lípids…) i l'aparell genètic d'arqueus

• Gens que codifiquen processos energètics i metabòlics → gens de bacteris

• Gens ocupats en el processament de la informació genètica → gens arqueus

Tots els organismes amb introns tenen mitocondris?

Organismes amb mitocondris tenen introns (però no tots els que tenen introns tenen mitocondris)

Procés de splicing (maduració de l’ADN)

s'eliminen els exons i s'ajunten els introns

Evolució dels cloroplasts

• Endosimbiosi primària

1. Cèl·lula eucariota engoleix a un cianobacteri

2. Cianobacteri es transforma en un cloroplast

 

• Endosimbiosi secundària

3. Cèl·lula eucariota heteròtrofa (amb mitocondri) engoleix cèl·lula eucariota amb cloroplast

4. Es generen estructures de membranes dels cloroplasts més complexes amb 3 membranes

Paret cèl·lules vegetals

 Fibres de cel·lulosa immerses en altres polisacàrids complexos i proteïnes

Plasmodesma

Estructura membranosa que uneix les cèl·lules vegetals travessant la paret cel·lular i connectant els protoplasts (cèl·lules vegetals sense paret cel·lular) de dues cèl·lules adjacents i permet el pas de molècules

La matriu extracel·lular de les cèl·lules animals està constituïda per…

• Matriu per lligar les cèl·lules i formar els teixits

• Contribueix a les propietats dels ossos, cartílags, pell…

• Guia moviments cel·lulars en desenvolupament i reparació de teixits

• Paper important en la senyalització química

Característiques del nucli

• ESTRUCTURA: Estructura membranosa

  • Dins: cromatina i nuclèol

  • Envoltat per reticle endoplasmàtic

  • Làmina nuclear

• FUNCIÓ: emmagatzematge ADN

• (ADN + proteïnes → cromatina)

Característiques del reticle endoplasmàtic

• Tipus: rugós (més a prop del nucli) i el llis (més allunyat del nucli)

  • Rugós: té ribosomes units. Síntesi de proteïnes.

  • Llis: no té ribosomes. Síntesi de lípids.

Característiques dels ribosomes

• FUNCIÓ: Lloc de síntesi de proteïnes

  • En eucariotes poden estar: lliures en el citoplasma, adherits al reticle endoplasmàtic, dins del mitocondris i cloroplasts

• ESTRUCTURA: Subunitats contenen fragments d'ARN i proteïnes

• Coeficient de sedimentació → Euc: 80S i Pro: 70S

Característiques de l’aparell de Golgi

• Rep proteïnes del reticle endoplasmàtic rugós

• FUNCIÓ: Concentra, empaqueta i classifica proteïnes (en cèl·lules vegetals sintetitza polisacàrids que formaran les parets cel·lulars)

Característiques dels lisosomes

• Només en les cèl·lules animals

• Generades per l'aparell de golgi

• FUNCIÓ: hidrolitzen macromolècules en monòmers perquè té enzims digestius

  • Lisosoma primari s’ajunta amb un fagosoma (molécules alimentícies que ha entrat per fagocitosi i forma una vesícula amb molècules alimentícies) i forma un lisosoma secundari

Característiques dels vacúols

• Donen turgència (estat de rigidesa i fermesa) a les cèl·luels vegetals

• Contenen enzims hidrolítics per digerir nutrients acumulats en les llavors

Característiques dels peroxisomes

• FUNCIÓ: Importància per la metabolització de lípids. Contenen enzims que oxiden sustrats (com aminoàcids, etc.) mitjançant oxigen donant aigua oxigenada

• Enzims: oxidases i catalases (funció: detoxificació cel·lular)

• En vegetals tenen un paper essencial en la fotorespiració

Característiques dels mitocondris

• ESTRUCTURA: doble membrana

• FUNCIÓ: S’encarrega de la respiració cèl·lular (E molèc → ATP)

  • Conté ADN i ribosomes

Característiques dels cloroplasts

• ESTRUCTURES: Moltes membranes (és una estructura membranosa)

  • Contenen tilacoides (fila de tilacoides: grana)

  • Conté ADN i ribosomes

  • Presents en les fulles, algues….

• FUNCIÓ: realitzen la fotosíntesi

Característiques del citoesquelet

• FUNCIÓ: Dona una determinada consistencia a la cèl·lula.

  • Aguanta orgànuls

  • Dona suport i ajuda mantenir la forma de la cèl·lula

  • Interactúa amb estructures extracel·lulars per subjectar les cèl·lules en els seus llocs

• ESTRUCTURA: Xarxes de diversos amb tipus de fibres (de més fi a més gruixut)

  • Microfilaments (monòmers d'actina)

  • Filaments intermitjos (estructura més fibrosa)

  • Microtúbuls (dimers de tubulina - tubulines alfa i beta) → pol positiu i negatiu)

Característiques dels cilis i flagels dels eucariotes

• Flagel:

  • ESTRUCTURA: Més llargs i pocs (1 o 2), elongació de la membrana plasmàtica

  • FUNCIÓ: s’encarreguen del moviment i transport de la cèl·lula

• Cili

  • ESTRUCTURA: Curts i nombrosos

  • FUNCIÓ: proteïna motora que permet que es pugui bellugar

Característiques del centrosoma

• ESTRUCTURA: 2 centríols amb microtúbuls

• FUNCIÓ: Formen el fus mitòtic durant la divisó cèl·lular

  • Fus mitòtic: format per microtúbuls que condueixen els cromosomes cap als centríols en els pols durant l’anafase

Importància de l’ARN ribosòmic (RNAr)

• Tots els organismes vius tenen RNAr

• Té el mateix paper en la traducció en tots els organismes (dirigeix la síntesi de proteïnes)