material teÒric de la 8ª quinzena (primera...
TRANSCRIPT
MATERIAL TEÒRIC DE LA 8ª QUINZENA (primera part)
Introducció:
Les cèl·lules dels sers vius necessiten energia per a dur a terme les seves funcions (és a dir, per a seguir vives).
Aquesta energia química l'obtenen en “trencar” determinades molècules orgàniques en diferents processos cel·lulars com la glucolisi, la fermentació o la respiració cel·lular.
D’on provenen aquestes molècules orgàniques de les que les cèl·lules n’obtenen energia? Els sers vius autòtrofs les aconsegueixen a partir de la matèria inorgànica sobretot en la fotosíntesi. Els heteròtrofs necessitem ingerir aquestes molècules orgàniques a partir d’altres éssers vius.
En la unitat anterior hem estudiat l’estructura de la cèl·lula eucariota. En aquesta primera part de la quinzena 8, veurem de forma més o menys profunda com és l’activitat cel·lular.
Sobretot ens centrarem a veure com les cèl·lules obtenen l’energia que necessiten per a viure i com les cèl·lules dels vegetals fabriquen la matèria orgànica a partir de matèria inorgànica.
EL METABOLISME CEL·LULAR
EL METABOLISME
El metabolisme és el conjunt de reaccions químiques que tenen lloc en les cèl·lules d’un organisme per a mantenir-lo en vida. Aquests processos permeten als organismes créixer i reproduir-se, mantenir les seves estructures, i respondre al seu medi. Podem dividir-lo en:
El catabolisme és el conjunt de reaccions químiques en que es descompon matèria orgànica.
L’anabolisme, per contra, és el conjunt de reaccions químiques encaminades a utilitzar aquesta energia per a construir els diferents components de les cèl·lules: glúcids, lípids, proteïnes o àcids nuclèics.
Les reaccions químiques del metabolisme s'organitzen en rutes metabòliques en què una substància química és transformada en una altra per una seqüència d'enzims, en un procés que inclou diferents passes.
Una característica sorprenent del metabolisme és la semblança de les rutes metabòliques bàsiques fins i tot entre espècies molt diferents.
Aquestes semblances són probablement el resultat de la gran eficiència d'aquestes rutes, i de la seva aparició primerenca en la història evolutiva.
El CATABOLISME
Com hem dit, el catabolisme és la part del metabolisme que consisteix en la transformació de molècules orgàniques o biomolècules complexes en molècules senzilles i en l'emmagatzematge de l'energia química despresa en aquest procés.
En trencar els enllaços covalents d'aquestes molècules s'obte gran quantitat d'energia. Aquesta energia s'emmagatzema en forma d'enllaços fosfat de molècules d'ATP. Recordeu que l'ATP és un nucleòtid.
Posteriorment quan la cèl·lula necessiti energia per construir noves molècules (en les vies anabòliques), aquests enllaços es trencaran, i l'energia alliberada s'utilitzarà per aquesta finalitat.
Tipus generals de catabolisme:
Catabolisme dels hidrats de carboni: És el procés d'obtenir energia a partir de la glucosa que es realitza per tres mecanismes: glucòlisi, respiració cel·lular i fermentació. Catabolisme dels greixos Consisteix en el trencament dels triglicèrids en àcids grassos i glicerol. Els enzims que intervenen en aquest procés són anomenats lipases.Catabolisme de les proteïnes: És l'escissió de les cadenes polipeptídiques en els seus aminoàcids mitjançant enzims anomenats proteases.
Alguns dels aminoàcids obtinguts poden formar glucosa mitjançant un procés anabòlic anomenat gluconeogènesis. La resta s'utilitzarà per a construir les proteïnes que la cèl·lula necessita.
La major part de les rutes catabòliques aeròbiques, és a dir, en les que intervé l’oxigen, de glúcids, lípids i proteïnes convergeixen en uns pocs productes finals.
Per donar una visió general del procés podem dir que en el catabolisme de biomolècules existeixen tres etapes fonamentals en que les molècules originals es van degradant en molècules més petites. :
1.Degradació de les macromolècules en les seves unitats constitutives. 2.Degradació d'aquestes unitats en molècules més simples com l’àcid priuvic i acetil-coezima A3.Oxidació total d'aquestes molècules més simples en l'anomenat cicle de Krebs (també anomenat cicle de l’àcid cítric) on convergeixen totes les vies catabòliques aeròbiques, punt clau del metabolisme cel·lular.
En aquest procés es generen molècules com l'ATP o el NADH+, importants per a d'altres processos metabòlics.
L’ANABOLISME
Tal com hem vist abans, l'anabolisme és el conjunt de processos metabòlics constructius, en què l'energia alliberada pel catabolisme s'utilitza per a sintetitzar molècules complexes. En general, les molècules complexes que formen les estructures cel·lular són produïdes pas a pas a partir de precursors petits i senzills.
L'anabolisme necessita primer de la producció de precursors de les molècules més complexes, com ara aminoàcids, monosacàrids, nucleòtids, ... i l’ensamblatge posterior d'aquests precursors en molècules complexes com ara proteïnes, polisacàrids, lípids i àcids nuclèics.
En tots aquests processos es consumeix l'energia emmagatzemada en forma d'ATP obtinguda en els processos catabòlics.
Els organismes presenten diferències en la quantitat de molècules de les cèl·lules que poden produir ells mateixos.
Com ja sabem, els autòtrofs com ara les plantes poden produir les molècules orgàniques complexes com ara els polisacàrids i les proteïnes a partir de molècules senzilles com el diòxid de carboni i l’aigua.. Els heteròtrofs, en canvi, requereixen una font de substàncies més complexes, com ara monosacàrids i aminoàcids, per a produir aquestes molècules complexes.
A continuació explicarem de forma més aviat simple dos dels processos principals del metabolisme cel·lular, un de catabòlic (la respiració cel·lular) i l’altre anabòlic.
La respiració cel·lular amb les seves fases:
a.Glucolisib.Oxidació de l’àcid pirúvicc.Cicle de Krebsd.Fosforilació oxidativa
La fotosíntesi amb les seves dues fases: :
a.Fase fotoquímica de la fotosíntesi o reacció de Hill. b.Fixació del diòxid de carboni o cicle de Calvin.
RESPIRACIÓ CEL·LULAR. UN PROCÉS CATABÒLIC.
La respiració cel·lular és un conjunt de processos formats per reaccions químiques en la que es “trenquen” algunes molècules, bàsicament la glucosa, per tal d’obtenir un altre tipus de molècules (l’ATP), que emmagatzemen l’energia obtinguda en aquests processos, i proporcionen energia per a les diferents activitats cel·lulars.
En resum, els éssers vius obtenim molècules, a través de la dieta en el cas dels animals, a través de la fotosíntesi en el cas dels vegetals.
Al trencar els enllaços entre els àtoms d’algunes d’aquestes molècules, principalment glucosa, però també àcids grassos o aminoàcids, s’allibera energia, que s’utilitza per formar ATP.
En aquelles reaccions cel·lulars en què es necessita energia es gastarà l’ATP que s’ha format en la respiració cel·lular.
Podem esquematitzar el procés de la respiració cel·lular de les cèl·lules aeròbiques de la forma següent:
C6H12O6 + 6 O2 -------> 6 CO2 + 6H2O y s'alliberen 38 moléculas d' ATP.
Si en comptes de dir-ho en el llenguatge de la química ho traduïm al català, l'expressió de dalt significa que a partir d'una molècula de glucosa (C6H12O6 ) i 6 molècules d'oxigen (O2) es formen 6 molècues de diòxid de carboni (CO2), 6 molècules d'aigua (H2O) i 38 molècules d'ATP (energia química emmagatzemada).
Podem dividir tot aquest procés en diferents fases:
La glucolisi. La respiració cel·lular 1.
La glucòlisi que també es pot anomenar glicòlisi o via d'Embden-Meyerhof és una via metabòlica per la qual una molècula de glucosa és oxidada fins a produir dues molècules d'àcid pirúvic (també anomenat piruvat) .
Els productes d’aquesta reacció són utilitzats per la cèl·lula per:
• L’ATP és la font d’energia universal de la cèl·lula.
• El NADH i H+ en una etapa posterior es convertirà en ATP. També pot intervenir en d’altres reaccions cel·lular.
• En els organismes aerobis, el piruvat és la molècula que seguirà oxidant-se en el cicle de Krebs, fase següent de la respiració aeròbica, produint més molècules de NADH que podran passar a formar molt més ATP en les mitocondries.
En resum, la glucòlisi és l'inici tant de la respiració aeròbica (amb oxigen) com de l'anaeròbica (sense oxigen). És un procés metabòlic universal que podem trobar (amb molt poques variacions) a molts tipus cel·lulars de gairebé tots els organismes.
A més d'estar implicada en la respiració aeròbica és la principal font d'energia de molts organismes procariotes o eucariotes privats de mitocondris (per exemple els glòbuls vermells) i cèl·lules eucariotes que es troben en concentracions baixes d'oxigen (per exemple durant la contracció muscular intensiva o durant la fermentació del llevat).
A més és una via molt conservada al llarg de l'evolució es troba als organismes filogenèticament més antics, de manera que es considera una de les vies metabòliques més antigues.
La glucòlisi té lloc al citoplasma de la cèl·lula.
La resta de la respiració cel·lular en el cas dels organismes aeròbics, passa a l’interior del mitocondri.
Podem diferenciar-hi:
L'oxidació de l'àcid pirúvic. La respiració cel·lular 2.
L'oxidació del priuvat és el lligam entre la glucolisi i el cicle de Krebs, que és la següent etapa del procés, en la major part de les cèl·lules.
Aquest procés es localitza a la matriu mitocondrial.
El piruvat és transportat fins la matriu de les mitocondries, creuant les dues membranes d’aquest orgànul.
En resum el què passa és que cada molècula d'àcid prirúvic dona lloc a una altra molècula més simple, l’acetil coenzim A, que entrarà al cicle de Krebs. En la reacció es forma una altra molècula de NADH i un protó (H+).
Cicle de Krebs (cícle de l’àcid cítric). La respiració cel·lular 3.
El cicle de Krebs (tambié anomenat cicle de l’àcid cítric) és una ruta metabòlica, és a dir, una successió de reaccions químiques que formen part de la respiració cel·lular en totes les cèl·lules aeròbiques, que són les que utilitzen oxigen.
En concret el cicle de Krebs és part de la via catabòlica en què a partir de l’acetil coenzim A (acetilCoA) s’origina CO2 (diòxid de carboni), alliberant energia que s’acumula en molècules que en l’última fase del procés es serviran per produir ATP.
Podem fer el següent esquema simplificat del cicle de Krebs:
Podem explicar-ho així:
A partir d'una molècula d'acetil-coA es formaran dos molècules de diòxid de carboni i d'altres substàncies com el GTP, el NADH o el FADH que posteriorment seran transformades en ATP, en la cadena transportadora d'electrons.
No cal que ho estudieu, però per si us interessa conèixer el balanç net d'aquest procés és el següent:
Acetil-CoA + 3 NAD+ + FAD + GDP + Pi + 3 H2O → CoA-SH + 3 (NADH + H+) + FADH2 + GTP + 2 CO2 + 3 H+
Fosforilació oxidativa en la cadena transportadora d’electrons.
A la membrana interna del mitocondri hi ha una sèrie de complexos enzimàtics disposats uns a continuació dels altres. Aquests complexos capten electrons dels àtoms de les molècules de NADH i de FADH2 formats en els processos descrits fins ara i els passen a un component posterior.
Aquest transport d’electrons va acompanyat d’un transport de protons (H+) des de la matriu mitocondrial (l'interior del mtiocondri) fins l’espai intermembranós (l'espai que queda entre les dues membranes cel·lulars del mitocondri) que crea una diferència de càrregues elèctriques i de pH entre l’espai intermembranós i la matriu.
Això dóna l’energia suficient per a què es formi ATP .
Tal com dèiem al principi, si tenim en compte totes les fases del procés, una molècula de glucosa s’ha convertit en CO2, aigua i 38 molècules d’ATP, que restaran a disposició de la cèl·lula per satisfer les seves necessitats energètiques.
En l'esquema següent es mostra el procés de la respiració cel·ular complert.
També pot passar que el procés no es faci en la seva totalitat. És el què passa en absència d’oxigen. Em aquest cas el priuvat obtingut en la glucolisi es transforma en lactat o en etanol, en un procés de molt menor rendiment energètic anomenat fermentació.
Ho podem representar així:
L'explicació de l'esquema és aquesta:
En el cas de la fermentació, a partir d’una molècula de glucosa s’obtenen dues molècules d’aigua, dues d’àcid l’actic o d’etanol, segons sigui la fermentació, i dos molècules d’ATP.
Si ho comparem amb els 38 ATP obtinguts en la respiració cel·lular completa, veiem que efectivament el rendiment és 18 vegades menor.
LA FOTOSÍNTESI. UN PROCÉS ANABÒLIC.
La fotosíntesi és un procés anabòlic fonamental que té lloc en les plantes, algues i alguns bacteris (els cianobacteris) en què l’energia de la llum solar és convertida en energia química.
Aquesta energia química és utilitzada per a fixar el carboni atmosfèric, contingut en el diòxid de carboni i transforma-lo en molècules orgàniques, concretament en glucosa, que és la major font d’energia de les cèl·lules.
La fotosíntesi és considerada la ruta bioquímica més important del planeta Terra.
Els organismes fotosintètics formen la base de la cadena alimentària. Les fonts d'energia com el carbó, el petroli i el gas natural deuen la seva energia al procés de la fotosíntesi.
A més la fotosíntesi, produeix l’oxigen que hi ha a l’atmosfera de la Terra.
La fotosíntesi utilitza l'energia de la llum solar per a produir la glucosa. Podem esquematitzar el procés amb la següent equació:
6 CO2 + 12 H2O + llum → C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2OTambé ho traduirem al català: a partir de 6 molècules de diòxid de carboni i 12 molècules d'aigua, utilitzant l'energia de la llum es forma una molècula de glucosa i 6 molècules d'aigua i 6 d'oxigen.
En les algues eucariotes i en les plantes la fotosíntesi es realitza en uns orgànuls cel·lulars especialitzats: els cloroplasts. Aquests orgànuls estan
delimitats per dues membranes. En el seu interior hi trobem una fase aquosa amb un elevat contingut de protïeînes i glúcids. És el que coneixem com a estroma, i una sèrie de membranes denominades tilacoides que contenen els pigments fotosintètics i proteïnes encarregades de captar l’energia del Sol.
El pigment principal és la clorofi·la, de color verd, de la que n’hi ha diferents variants. Hi ha altres pigments, però que tenen un paper auxiliar en la captació de la llum.
Etapes de la fotosíntesi.
La fotosíntesi té lloc en dues fases. La primera es dona dins els tilacoides dels cloroplasts, on es capta l’energia de la llum i és emmagatzemada en dues molècules senzilles, l’ATP i el NADPH.
En la segona fase, que es dona a l’estroma, les dues molècules produïdes en la fase anterior són utilitzades en assimilar el diòxid de carboni atmosfèric (CO2)
per produir glúcids de carboni i indirectament la resta de molècules orgàniques que formen els éssers vius.
La primera fase s’ha denominat tradicionalment fase lluminosa i la segona, fase fosca. Avui en dia no s’utilitza aquesta denominació, ja que se sap que els dos processos es donen només en condicions d’il·luminació.
Per això es coneixen amb el nom de fase depenent de la llum, fase fotoquímica o reacció de Hill la primera fase i fase de fixació del diòxid de carboni, o cicle de Calvin la segona fase.
Primer fase
La primera fase, la fase depenent de la llum, comença quan la llum del Sol incideix en unes molècules que contenen clorofila. Aquesta absorbeix la llum del Sol i cedeix un electró a una cadena transportadora d’electrons. Com a conseqüència de la cadena es formarà NADPH i ATP.
La molècula de clorofil·la recupera el seu electró a partir de les molècula d'aigua, procés amb el qual s’allibera el gas oxigen.
Segona fase
En la segona fase, la fase independent de la llum, les molècules que s’han format s’utilitzen per capturar (fixar) el diòxid de carboni atmosfèric (CO2), i produir els precursors de la glucosa, que posteriorment donaran lloc a la glucosa.
En aquesta fase un enzim anomenat RuBisCo captura el CO2 de l'atmosfera i a través de l'anomenat cicle de Calvin el converteix en molècules orgàniques de 3 àtoms de carboni, que seran després convertits en glucosa.
Per això utilitza l’energia i el poder reductor de les molècules originades en la primera fase, l’ATP i el NADPH.
Balanç global de la fotosíntesi.
De manera simplificada, la fotosíntesi podria ser definida com la conversió de la energia solar en energia química, realitzada pels organismes vius.
Podem representar les dues fases de la fotosíntesis amb els següents esquemes:
LA FERMENTACIÓ I ELS ALIMENTS
La fermentació és un procés molt utilitzat en el processat dels aliments. Consisteix en la conversió dels glúcids (els sucres) que contenen alguns productes naturals, com la fruita, les llavors de cereals, la llet, ... a alcohols i diòxid de carboni o a àcids orgànics fent servir llevats, bacteris o la combinació duns i altres, sota condicions anaeròbiques, és a dir, sense oxigen.
Normalment la fermentació implica l'acció dels microorganismes i amb aquest procés es produeixen begudes alcohòliques fermentades que s'obtenen del repòs de vegetals i fruites amb gran contingut de glucosa.
Els productes més comuns obtinguts per fermentació són la cervesa, el contingut d'alcohol de la qual sol estar entre els 4 i 5º, el vi que poseeix un grau alcohòlic superior, entre 11 i 15 º, el xampany, el cava o la sidra.
També es fa servir la fermentació per elaborar pa, per vinagre o iogurt, i per madurar molts formatges.
MATERIAL TEÒRIC DE LA 8ª QUINZENA (segona part)
INTRODUCCIÓ
Ja sabem que tots els éssers vius estan formats per una o més cèl·lules i que les cèl·lules eucariotes estan formades per tres elements bàsics: la membrana plasmàtica, un citoplasma que conté els orgànuls cel·lulars i el material genètic.
Els éssers vius estan formats per cèl·lules.
Els sers vius que estan formats per una sola cèl·lula són els organismes unicel·lulars. Els sers vius formats per més d’una cèl·lula són els organismes pluricel·lulars.
Hi ha dos tipus de cèl·lules: les cèl·lules procariotes dels bacteris que tenen el material genètic sense separació del citoplasma i les cèl·lules eucariotes com les de la resta de sers vius, bé siguin unicel·lulars o pluricel·lulars que tenen el material genètic separat del citoplasma per una membrana nuclear, a l’interior del nucli de la cèl·lula.
Tots els organismes pluricel·lulars provenen d’una única cèl·lula, el zigot, formatper la unió d’un espermatozoide i un òvul. Ara bé, què és el que determina que el zigot es converteixi en un conill, un arbre o una persona? Lògicament, el zigot ha de portar la informació de com ha de créixer aquest individu.
Però amb això no n’hi ha prou: en un individu adult hi ha molts tipus de cèl·lules (neurones, glòbuls blancs, cèl·lules musculars, etc.) que fan funcions molt diferents. Fins i tot n'hi ha que varien al llarg del temps. Pensa, per exemple, en les cèl·lules productores de llet de les glàndules mamàries de les dones, les quals, tot i ser presents en el cos d’una dona durant tota la vida, només produeixen llet en uns moments molt concrets de la seva existència: desprès d’haver tingut una criatura.
El funcionament dels éssers pluricel·lulars és molt complex, i la informació sobre la seva forma i el seu funcionament s’ha de transmetre de generació engeneració. Aquesta informació es troba en el material genètic o material hereditari.
Podríem dir que el material genètic és com un gran manual d’instruccions on hi ha recollida tant la informació de com s’ha de construir l’organisme, com la informació sobre les funcions que han de dur a terme totes les cèl·lules al llarg de la seva vida.
Com ja sabem, totes les cèl·lules de l’organisme tenen una còpia del material genètic. De fet, no cal que totes les cèl·lules llegeixin la informació completa que hi ha en el material genètic. Si tornem a la idea del manual d’instruccions, només cal que cada cèl·lula llegeixi el seu capítol, el que parla del seu funcionament.
Les cèl·lules estan formades per diferents tipus de molècules: les proteïnes, els lípids, els glúcids, l’aigua ... El material genètic és format per un altre tipus de molècules: l’’ADN.
REPLICACIÓ, TRANSCRIPCIÓ I TRADUCCIÓ DEL DNA
UN GEN-UN ENZIM
Ja sabem que el DNA conté la informació genètica de la cèl·lula. Però com s'expressa aquesta informació per tal de fer-nos com som?
Se sap de la relació que hi ha entre els gens i els enzims, en la teoria anomenada “Teoria d'un gen-un enzim”: quan s'altera la seqüència de nucleòtids d'un gen hi ha un enzim que falla.
També se sap que els enzims controlen les substàncies i processos cel·lulars, i aquests determinen les característiques dels organismes.
A partir d'aquí es va veure que hi havia d'haver una relació entre la seqüència de nucleòtids d'un gen i la seqüència d'aminoàcids de l'enzim que el gen codifica.
El fluxe d'informació d'individu a individu en la reproducció i des del DNA a la producció de proteïnes (enzims) és el que es coneix com el dogma central de la biologia molecular: el DNA és capaç de formar una còpia d'ell mateix en un procés anomenat replicació, i de ser transcrit a RNA missatger i aquest traduït a proteïnes (enzims), element que realitza l'acció cel·lular.
L’ADN, LA CROMATINA I ELS CROMOSOMES
Ja vam veure en la quarta quinzena del bloc 1 que l'ADN és l’abreviació de l’àcid desoxiribonucleic. L’ADN és una molècula molt llarga formada per la unió d’unes molècules més petites anomenades nucleòtids.
Les molècules d’ADN constitueixen una xarxa filamentosa anomenada cromatina.
L’ADN és una molècula molt llarga formada per unes molècules més petites anomenades nucleòtids.
L’ADN que conté el nucli d’una cèl·lula està repartit en diferents fragments segons cada espècie. En el nostre cas tenim l’ADN del nucli de les nostres cèl·lules dividit en 46 fragments. Les pesoleres tenen 14 fragments i els gossos 78. Cada un d’aquests fragments és una molècula d’ADN.
Cada vegada que es produeix una divisió cel·lular, la cromatina es duplica i es condensa formant els cromosomes. Cada fragment de cromatina forma un cromosoma. El número de cromosomes, per tant, també és característic de cada espècie.
Dit d’una altra forma: els cromosomes són la forma que pren el material genètic durant la divisió cel·lular. En aquest moment, el material genètic està duplicat per tal de poder transmetre una còpia a cada una de les cèl·lules filles.
En un cromosoma, cada una de les còpies del material genètic rep el nom de cromàtide, i està unida a l’altra cromàtide mitjançant el centròmer. Cada una de les parts de la cromàtide que queden a banda i banda del centròmer s’anomenen braços.
Els braços poden presentar un estrenyiment als extrems. El tros de cromàtide que resta entre l’estrenyiment i l’extrem s’anomena satèl·lit.
Segons la posició del centròmer podem distingir diferents tipus de cromosomes:
Quan la cèl·lula ja s’ha dividit, els cromosomes tornen a la forma de cromatina.
ELS GENS
Al segment d’ADN que regula un caràcter hereditari concret se l’anomena gen.
Els gens que controlen cada variant d’un mateix caràcter s’anomenen gens al·lels o més comunament al·lels. Per exemple pel gen color dels ulls hi ha diversos al·lels: color blau, color marró, color negre.
En cada cromosoma hi ha un nombre determinat de gens, és a dir que cada cromosoma conté la informació per a un nombre determinat de caràcters biològics.
En cada cromosoma hi ha un nombre determinat de gens que determinaran uns caràcters concrets
Hem dit que el nombre de cromosomes característics de l’espècie humana és de 46 que es reparteixen en 23 parelles. Els dos cromosomes que formen cada parella tenen la mateixa forma i porten informació per als mateixos gens. Els cromosomes que formen cada parella s’anomenen cromosomes homòlegs. Cada progenitor aporta un cromosoma de cada parella, de forma que has heredat 23 cromosomes del teu pare i 23 de la teva mare.
La informació que determinarà cada caràcter biològic es troba només en dos del total de cromosomes que conté una cèl·lula. Així doncs cada caràcter ve determinat per dos gens, un que ens ha passat el nostre pare i l’altre la nostra mare.
El conjunt de cromosomes ordenats per parelles i segons la forma i la mida s’anomena cariotip.
EL CICLE CEL·LULAR
Com ja hem dit, els ésser vius són formats per cèl·lules. Alguns, com els bacteris o els protozous, només en tenen una: són els organismes unicel·lulars. D’altres com els animals o les plantes, són formats per milions de cèl·lules: són els anomenats organismes pluricel·lulars.
Nosaltres mateixos un dia vam ser formats per una sola cèl·lula, el zigot, que és la unió d’un espermatozoide i un òvul.
El zigot va començar a dividir-se i va formar dues cèl·lules, després quatre, després vuit, i així successivament, fins a arribar a l’estat adult. Es podria pensar que en els adults aquests procés de divisió cel·lular s’atura, però no és
així, ja que la majoria de cèl·lules tenen un temps de vida limitat i quan moren han de ser substituïdes per altres cèl·lules. Per tant, la divisió cel·lular continua durant tota la vida de l’organisme.
D’altra banda, la divisió cel·lular en els organismes unicel·lulars és la forma quetenen aquests de reproduir-se. És un tipus de reproducció asexual, ja que d’unindividu, per divisió, se n’obtenen dos.
Fixa’t, doncs, que gairebé totes les cèl·lules es divideixen per formar dues cèl·lules filles, les quals, després de créixer, es tornaran a dividir i produiran noves cèl·lules. Aquest procés s’anomena cicle cel·lular i consta de dues parts: la interfase i la divisió cel·lular.
La interfase
La interfase és l’estat de la cèl·lula entre dues divisions. En aquesta fase la cèl·lula desenvolupa les seves funcions habituals i es produeix un procés fonamental per a la divisió cel·lular: la divisió del material genètic que sabem és l’encarregat de controlar el funcionament de totes les cèl·lules de l’organisme, i cada una de les cèl·lules que componen l’organisme en tenen una còpia.
LA DIVISIÓ CEL·LULAR: LA MITOSI
És el procés per mitjà del qual d’una cèl·lula se n’obtenen amb la mateixa dotació genètica que la progenitora. Això es produeix mitjançant dues etapes: la mitosi i la citocinesi.
La Mitosi és el procés mitjançant el qual es produeix la divisió del nucli cel·lular, i la citocinesi és el procés mitjançant el qual es reparteix el citoplasma entre les dues cèl·lules filles.
La mitosi
Aquest tipus de reproducció cel·lular assegura que la informació genètica que conté una cèl·lula es transmeti per complert a les cèl·lules filles que en resulten. El material genètic que tindran les cèl·lules filles és exactament igual al que tindran les cèl·lules que en resulten.
La mitosi dura entre una i dues hores, i és formada per quatre etapes: la profase, la metafase, l’anafase i la telofase.
La Citocinesi
Aquest procés és diferent segons el tipus d’organisme:
• Vegetals, fongs i algunes algues: Es forma un envà que va creixent fins a dividir totalment la cèl·lula.• Animals, protozous i algunes algues: La membrana cel·lular s’estreny fins a dividir la cèl·lula en dues.
La divisió cel·lular per mitosi garanteix que la informació genètica que conté el zigot sigui la mateixa que la que contenen totes les cèl·lules de l’organisme adult. Així, doncs, les informacions provinents del pare i de la mare són presents en totes les cèl·lules de l’organisme.
LA GAMETOGÈNESI I LA MEIOSI
Com ja sabem el nombre de cromosomes d’un individu depèn de l’espècie a la qual pertany. Nosaltres, les persones, tenim 46 cromosomes, 23 que provenen de la nostra mare i 23 del nostre pare, la ceba en té 16 i un cavall 64.
Ara bé, què passa amb les cèl·lules sexuals? Imagina que els òvuls o els espermatozoides d’una persona tinguessin 46 cromosomes. Quan tinguéssim fills, aquests tindrien 92 cromosomes (46 de l’òvul i 46 de l’espermatozou), els néts 184, i així successivament.
Les cèl·lules sexuals o gàmetes (en el cas dels humans els espermatozoides i els òvuls) han de tenir només la meitat de cromosomes, en el nostre cas 23, un de cada parella de cromosomes homòlegs. En unir-se els dos gàmetes per formar la primera cèl·lula del nou individu es tornen a reunir els 46 cromosomes formant les 23 parelles.
El nombre de cromosomes de les cèl·lules sexuals o gàmetes s’anomena nombre haploide i es representa amb la lletra n.
La resta de cèl·lules s’anomenen cèl·lules somàtiques i tenen el doble de cromosomes (2n), dels quals la meitat provenen del pare (n) i l’altra meitat de la mare (n). Les cèl·lules amb n cromosomes s’anomenen haploides, i les cèl·lules amb 2n cromosomes s’anomenen diploides.
L’existència dels cromosomes homòlegs fa que moltes vegades parlem de parells de cromosomes. Així, diem que els éssers humans tenen 23 parells de cromosomes, la ceba 8 parells i el cavall 32 parells.
La meiosi
La meiosi és el procés mitjançant el qual s’obtenen els gàmetes, tant masculins com femenins. En la meiosi a partir de cèl·lules diploides es formen cèl·lules amb la meitat de cromosomes que anomenem gàmetes.
En la fecundació dos gàmetes s’uneixen formant el zigot amb el nombre característic de cromosomes de l’espècie.
A diferència de la mitosi, en la meiosi es formen cèl·lules haploides.
És important destacar que durant aquestes divisions cel·lulars es produeix un intercanvi de material genètic entre els cromosomes homòlegs barrejant la informació que portaven.
La meiosi té lloc mitjançant dues divisions cel·lulars que anomenem meiosi I i meiosi II, cada una de les qual presenta quatre fases.
Meiosi I
En aquesta divisió es produeix la reducció del nombre de cromosomes a la meitat. De cada parell de cromosomes homòlegs, un cromosoma anirà cap a una de les cèl·lules filles i l’altre cromosoma anirà cap a l’altra. Recordem que cada cromosoma té dues cromàtides, és a dir, dues còpies d’ell mateix. Aquest procés de duplicació es va dur a terme durant la interfase. Durant la meiosi I, les dues cromàtides de cada cromosoma romanen unides.
Al final de la primera divisió meiòtica obtenim dues cèl·lules haploides, és a dir amb n cromosomes, amb dues cromàtides (les dues còpies) per cromosoma.
Meiosi II
Tot just acabada la telofase I, i sense que els cromosomes s’hagin descondensat per formar la cromatina, les dues cèl·lules resultats de la meiosi I comencen la segona divisió meiòtica, que és com la mitosi, tot i que només hi participen la meitat dels cromosomes característics de l’espècie. En aquesta divisió es separen les dues cromàtides (les dues còpies) de cada cromosoma.
Al final de la segona divisió meiòtica obtenim cèl·lules haploides, és a dir ambn cromosomes amb una sola cromàtide a cada un.
3. LA TRANSMISSIÓ DE LA INFORMACIÓ EN ELS ÉSSERS VIUS
Fent un resum del què hem vist fina ara podem dir que en tots els organismes diploides (2n) hi ha dues còpies de cada gen. Dos al·lels. Un en el cromosoma que prové d'un progenitor i l'altre en el que prové de l'altre.
I per la major part de gens, hi ha diferents al·lels. Ho hem vist amb els grups sanguinis humans. Hi ha l'al·lel A, l'al·lel B i l'al·lel 0. I això determina que segons la combinació d'al·lels que tingui una persona, serà del grup sanguini A, del grup B, del grup AB o del grup 0.
Per tant l'existència de diferents al·lels per a un gen determinat significa que hi ha variabilitat en la població. No tots els individus són iguals.
Durant la reproducció la informació genètica passa d'una generació a la següent.
En el cas de la reproducció asexual, cada descendent és idèntic al seu progenitor.
Però en el cas que hi hagi reproducció sexual durant la meiosi se separen els cromosomes homòlegs. Això fa que tots els gàmetes siguin diferents entre sí i també dels progenitors.
I aprofitant aquest punt, farem una petita ampliació del que varem explicar de la meiosi.
En la profase I de la meiosi els cromosomes encara no estan completament condensats. Les dues cromàtides germanes de cada cromosoma s'acosten a les cromàtides del seu cromosoma homòleg.
I es produeixen intercanvis de fragments de cromosoma entre les dues cromàtides homòlogues. No entre les dues cromàtides d'un mateix cromosoma, que són iguals, sinó entre les cromàtides del cromosoma provinent de la mare, i les del pare.
Després de l'entrecreuament les cromàtides queden unides en uns zones anomenats quiasmes, que és on hi ha hagut l'entrecreuament.
Les cromàtides arriben finalment al seu màxim empaquetament, i es comencen a desplaçar a la zona central de la cèl·lula.
En els cromosomes recombinats d'aquesta manera hi pot haver barrejada la informació de cada un dels quatre avis.
Per tot això, és a dir, perquè fem diferents combinacions dels cromosomes homòlegs i a més, amb una recombinació prèvia de la informació que contenen, la combinació de gens que té cada cèl·lula sexual és única.
Podem posar un exemple en el cas dels humans. En el material genètic de les nostres cèl·lules es calcula que hi ha uns 20 o 25.000 gens. En un ejaculació s'expulsen milions d'espermatozoides. A la pràctica és impossible que dos d'ells tinguin la mateixa combinació d'al·lels.
El mateix passa amb els òvuls. Dels òvuls que produeix una dona, no n'hi ha dos amb la mateixa combinació d'al·lels.
Això determina que no trobarem dues persones iguals, excepte en el cas del bessons univitel·lins que s'han format a partir d'un mateix òvul i espermatozoide.
La conclusió és que la reproducció sexual sempre origina variabilitat.
La variabilitat també es genera a partir de les mutacions.
I com veurem en la darrera quinzena l'existència de la variabilitat és fonamental per a què la vida hagi pogut evolucionar.
LES MUTACIONS
Les cèl·lules en dividir-se fan una copia del material genètic. En aquesta còpia es poden produir errors.
Una mutació és un canvi en el material genètic i com a tal és heretable.
Una mutació pot formar nous al·lels d’un mateix gen. Aquest al·lel serà un gen mutant i augmenta la variabilitat en l’espècie. És per això que les mutacions són un dels puntals de l’evolució.
Hi ha diversos criteris per a classificar les mutacions: :
a) Segons la capacitat de l’organisme portador de sobreviure poden ser:
-Beneficioses si l’individu que la porta té algun avantatge respecte la resta d’individus de l’espècie. Aquestes són les importants de cara a l’evolució.
-Perjudicials si l’individu portador no és viable o té algun desavantatge respecte la resta d’individus de l’espècie.
-Neutres: No produeixen cap benefici ni perjudici a l’individu portador.
b) Segons la naturalesa de l’acció que causen poden ser:
-Gèniques si només afecten a un gen.
-Cromosòmiques si afecten l’estructura d’un cromosoma, bé sigui per la pèrdua, la duplicació o la modificació d’algunes zones del cromosoma o de la seva totalitat. Aquestes mutacions són poc compatibles amb la vida de l’individu.
-Genòmiques si el nombre de cromosomes característic de l’espècie es veu alterat.
N’és un exemple la síndrome de Down. Les persones afectades per aquesta síndrome tenen tres cromosomes en la parella 21 en comptes de dos i per tant tenen 47 cromosomes en comptes dels 46 característics de l’espècie humana.
L’HERÈNCIA DEL SEXE
T’has demanat mai com es determina que una persona sigui una dona o un home? Lògicament, aquesta informació, com totes les altres que fan referència a cada individu, es troba en el manual d’instruccions, és a dir, en el material genètic.
En un naixement, la probabilitat que neixi un nen o una nena és la mateixa. La probabilitat que neixi un nen o una nena és, per tant, de 0,5. Això s’explica gràcies a l’existència dels cromosomes sexuals.
En els humans els cromosomes sexuals poden ser de dos tipus: el cromosoma X i el cromosoma Y. Les dones tenen dos cromosomes X, mentre que els homes tenen un cromosoma X i un cromosoma Y.
El cromosoma Y conté, per tant, la informació necessària perquè es desenvolupi un mascle. Si no hi ha present el cromosoma Y, es desenvolupa una femella.
Fixa’t que aquesta composició explica perfectament la probabilitat de 0,5 per a cada sexe:
La meitat dels gàmetes dels homes contenen el cromosoma X i l’altre meitat el cromosoma Y. Tots els òvuls de les dones contenen el cromosoma X. En la fecundació s’ajunta a l’atzar un òvul amb un espermatozoide. Les combinacions possibles són:
: Pare (XY)Gàmeta X Gàmeta Y
Mare (XX) Gàmeta X XX XYGàmeta X XX XY
Cada una de les possibles combinacions té la mateixa probabilitat que les altres. Per tant la probabilitat que un nadó sigui mascle o femella és de 0’5.