Des del segle xix se sap que tots els éssers vius estan formats per cèl·lules.

Les cèl·lules dels éssers vius no són totes iguals, presenten una varietat àmplia de mides, formes i estructures.

1.1 L'estructura bàsica de les cèl·lules

Totes les cèl·lules tenen membrana plasmàtica, citoplasma i ADN.

La membrana plasmàtica

La membrana plasmàtica és un recobriment molt prim i elàstic que separa la cèl·lula del medi. S'encarrega de regular l'entrada i la sortida de substàncies de la cèl·lula. També detecta estímuls del medi i permet la comunicació entre cèl·lules.

El citoplasma

El citoplasma és la substància que farceix l'interior de la cèl·lula i a dins es troben els orgànuls cel·lulars. En el citoplasma i en els orgànuls es produeixen les reaccions químiques de la cèl·lula o metabolisme.

El material genètic

El material genètic de les cèl·lules és l'ADN, una substància química complexa que conté la informació necessària per regular el fun­cionament de la cèl·lula, denominada informació genètica.

Depenent d'on es localitzi l'ADN, es diferencien dos tipus de cèl·lules: les cèl·lules procariotes i les cèl·lules eucariotes.

1.2 Les cèl·lules procariotes

Les cèl·lules procariotes són exclusives dels éssers que, com els bacteris, constitueixen el regne de les moneres. Són organismes unicel·lulars, molt petits, amb una longitud compresa, generalment, entre 1 i 10 µm. Aquestes cèl·lules:

• Tenen una gran molècula d'ADN anomenada nucleoide i, de vegades, amb fragments petits d'ADN denominats plasmidis.
• El seu citoplasma no conté orgànuls, a excepció de ribosomes, que són d'una mida menor que els de les cèl·lules eucariotes.
• La membrana plasmàtica, en algunes cèl·lules, té uns replecs anomenats mesosomes. Aquests doten la membrana d'una superfície més extensa i permeten una activitat metabòlica cel·lular més gran.
• Compten amb un recobriment exterior rígid, la paret cel·lular, que envolta la membrana plasmàtica i dóna forma al bacteri.
• Algunes espècies tenen prolongacions, com ara els flagels, que són llargs i serveixen per a la locomoció, o les fímbries, que són curtes i que serveixen per fixar-se al substrat.

2. Explica què és el material genètic d'una cèl·lula.

4. Explica quin és el principal criteri que segueixen els científics per classificar les cèl·lules en eucariotes o en procariotes.

1.3 Les cèl·lules eucariotes

Els organismes amb cèl·lules eucariotes pertanyen als regnes dels protists, els fongs, les plantes i els animals, i poden ser unicel·lulars o pluricel·lulars. La mida de les cèl·lules eucariotes està compresa entre 10 i 100 µm.

Totes les cèl·lules eucariotes presenten estructures comunes: tenen nucli, és a dir, el seu ADN està envoltat per una membrana; té citoesquelet, que és una xarxa de filaments que dóna forma a la cèl·lula i que li permet moure's; i tenen també una gran varietat d'orgànuls i estructures. En les taules de les pàgines següents se'n resumeix la morfologia i la funció que duen a terme.

Alguns d'aquests orgànuls, com ara els mitocondris, els ribosomes, l'aparell de Golgi, el reticle endoplasmàtic, els lisosomes i altres vesícules, estan presents en totes les cèl·lules eucariotes; uns altres són específics de les cèl·lules de determinats organismes. Per exemple, les cèl·lules de les algues i de les plantes tenen cloroplasts; les cèl·lules de les plantes tenen vacúols grans; les cèl·lules dels protists i les dels animals tenen centríols i, de vegades, unes estructures per al moviment (cilis i flagels); les cèl·lules dels fongs, les de les algues i les de les plantes tenen un recobriment extern anomenat paret cel·lular. A continuació es resumeixen les principals diferències entre una cèl·lula eucariota animal i una cèl·lula eucariota vegetal.

 1.4 El nucli cel·lular; funció

Les cèl·lules eucariotes tenen nucli, és a dir, l'ADN està envoltat per una membrana.

Estructura del nucli

Quan una cèl·lula no està en divisió, període conegut com interfase, se'n pot observar el nucli amb una forma més o menys esfèrica i situat en la part central o desplaçat cap a la perifèria. En el nucli interfàsic es distingeixen les estructures següents:

• Membrana nuclear. És un recobriment format per dues membranes que tenen la superfície coberta per nombrosos ribosomes (orgànuls que fabriquen les proteïnes cel·lulars). Aquesta membrana té unes perforacions, denominades porus nuclears, que permeten l'intercanvi de substàncies entre el nucli i el citoplasma.
• Nucleoplasma. És el líquid nuclear.
• Nuclèol. És una estructura arrodonida de color més fosc que la resta del nucli. S'hi fabriquen els components dels ribosomes.
• Cromatina. Està formada per filaments d'ADN i proteïnes. Durant la divisió cel·lular, es condensa i forma els cromosomes. Existeixen tants filaments de cromatina com cromosomes presenti la cèl·lula en la fase de divisió.

Funció del nucli

La funció real del nucli va ser descoberta al segle xx pel biòleg Joachim Hämmerling, qui va revelar que el nucli compleix dues funcions fonamentals: la primera, contenir la informació hereditària que determina les característiques de les cèl·lules i les dels organismes que aquestes formen; i segona, controlar l'activitat cel·lular.

1. Dibuixa un nucli al teu quadern, escriu els noms dels components que el formen i les funcions que duen a terme.

8. Dedueix-ho. Els glòbuls vermells són cèl·lules que no tenen nucli. Farà aquesta cèl·lula totes les funcions vitals?

Els processos que permeten fer aquesta funció són:

• L'entrada de substàncies (nutrients) que es troben en el medi extracel·lular i que s'usen per obtenir matèria i energia.
• La transformació de substàncies o metabolisme, que és el conjunt de processos químics d'utilització dels nutrients, que té lloc a l'interior cel·lular.
• L'excreció o expulsió al medi extracel·lular de les substàncies de rebuig resultants del metabolisme.

2.1 L'entrada i l'excreció de substàncies

La membrana plasmàtica és una barrera selectiva; és dir, facilita o impedeix el pas de certes substàncies segons quina en sigui la mida. Així:

El pas de substàncies de mida gran

Les substàncies de mida gran no poden travessar la membrana. En aquests casos, el transport es fa de la manera següent:

• La membrana s'enfonsa i engloba la partícula en una vesícula que s'incorpora al citoplasma cel·lular, un mecanisme conegut com endocitosi. 

• Les vesícules es fusionen amb els lisosomes, que contenen unes substàncies digestives que digereixen el contingut de la vesícula i en formen unes altres de mida més petita. 

• Les restes de la digestió s'expulsen per un procés denominat exocitosi. 

10. Explica com creus que travessaran la membrana plasmàtica les substàncies següents:

a) Na⁺.

b) Diòxid de carboni.

c) Sals minerals.

d) Un bacteri.

1. Observa la imatge següent i escriu cinc línies en les quals descriguis el procés que s'està produint:

2.2 El metabolisme

Una vegada són a dins del citoplasma de la cèl·lula, les substàncies són transformades per mitjà de les reaccions químiques que constitueixen el metabolisme cel·lular, que pot ser de dos tipus: catabolisme i anabolisme.

El catabolisme

El catabolisme és el conjunt de reaccions químiques per les quals les molècules que han entrat dins la cèl·lula es trenquen i es transformen en unes altres de més senzilles. La ruptura d'aquestes molècules allibera energia. Una part d'aquesta energia s'usa per dur a terme diverses activitats cel·lulars, com ara, transportar certes substàncies a través de la membrana, fer els moviments cel·lulars, etc. Una altra part de l'energia generada durant el catabolisme es perd en forma de calor.

Una de les principals reaccions catabòliques és la respiració cel·lular, que té lloc als mitocondris de les cèl·lules eucariotes o a la membrana de les cèl·lules procariotes.

L'anabolisme

L'anabolisme és el conjunt de reaccions químiques per les quals, a partir de molècules senzilles, es fabriquen molècules més complexes que la cèl·lula utilitza per formar els seus components. La formació d'aquestes molècules complexes necessita l'aportació d'energia, que procedeix de les reaccions del catabolisme.

Algunes cèl·lules, com les de les plantes i les algues, poden utilitzar en els processos anabòlics, a més a més de l'energia obtinguda en el catabolisme, l'energia lluminosa del sol per mitjà de la fotosíntesi.

Els enzims i el metabolisme

En les cèl·lules, les reaccions químiques es produeixen, en la majoria dels casos, amb la col·laboració d'alguna proteïna que s'uneix a les substàncies que es transformaran i actua en aquestes augmentant la velocitat a què transcorre la reacció química esmentada; les proteïnes que fan aquesta funció s'anomenen enzims.

2.3 Els tipus de nutrició

Com ja saps, hi ha dos tipus de nutrició: la nutrició autòtrofa i la nutrició heteròtrofa.

La nutrició heteròtrofa

Tenen nutrició heteròtrofa les cèl·lules que incorporen matèria orgànica ja elaborada per altres organismes. Les cèl·lules dels animals, dels fongs i de molts protists són heteròtrofes.

Per comprendre millor aquest procés, prendrem com a exemple l'entrada de glucosa (un hidrat de carboni senzill) a la cèl·lula. Observa la il·lustració següent.

La nutrició autòtrofa

Tenen nutrició autòtrofa les cèl·lules que elaboren el seu propi aliment (matèria orgànica) a partir de matèria inorgànica (CO₂ i aigua), uti­litzant una font d'energia externa (la llum solar).

Les plantes i les algues tenen cèl·lules amb nutrició autòtrofa i fan la fotosíntesi, un procés anabòlic que té lloc en els cloroplasts. Per comprendre millor aquest procés, observa l'exemple de la il·lustració inferior.

1. Elabora un esquema al teu quadern per explicar com es produeix la nutrició heteròtrofa a partir d'una molècula de glucosa.

3.1 La funció de relació

S'anomenen estímuls els canvis que desencadenen una resposta cel·lular. Els estímuls poden ser: químics, com, per exemple, canvis en la composició del medi, canvis en el pH, etc.; i físics, com, per exemple, canvis en la temperatura, en la pressió, etc.

La resposta cel·lular és la reacció de la cèl·lula davant els estímuls. Pot ser de dos tipus:

• La resposta estàtica. No s'hi produeix moviment, sinó que la cèl·lula respon d'una altra manera; per exemple, segregant una substància.
• La resposta dinàmica. La cèl·lula respon i es mou. Aquests moviments en conjunt s'anomenen taxis o tactismes. Es consideren positius si la cèl·lula es mou cap a l'estímul, i negatius si se n'allunya.

El moviment cel·lular

El moviment cel·lular està fortament relacionat amb el citoesquelet, que té uns filaments que formen estructures contràctils en el citoplasma i prolongacions cap a l'exterior que permeten el moviment.

Els principals tipus de moviment cel·lular són: el moviment ameboide, el moviment vibràtil i el moviment contràctil.

• El moviment vibràtil. Aquesta classe de moviment es produeix en cèl·lules que tenen cilis (estructures de mida diminuta i molt nombroses) o per flagels (més llargs que els cilis, i menys nombrosos). L'estructura interna dels cilis i dels flagels és molt similar i està formada per filaments ordenats del citoesquelet.
• El moviment contràctil. Aquest moviment és característic de les cèl·lules musculars, que són capaces de contreure's i relaxar-se.
• El moviment ameboide. Aquest moviment és característic de les amebes, encara que també els glòbuls blancs es desplacen així. Per moure's, les amebes emeten prolongacions del citoplasma (pseudopodis) en qualsevol punt de la seva superfície.

• Moviment ameboide

Les amebes emeten prolongacions del citoplasma, o ­pseudopodis, per desplaçar-se i capturar partícules del medi.

3.2 La funció de reproducció

La divisió cel·lular es produeix tant en els organismes unicel·lulars com en els organismes pluricel·lulars.

• En els organismes unicel·lulars, com els protozous o els bacteris, la divisió de la cèl·lula té com a objectiu la reproducció de l'organisme.
• En els organismes pluricel·lulars, la divisió cel·lular serveix perquè l'organisme augmenti de mida (en augmentar el nombre de cèl·lules que el formen) i perquè es vagin reponent les cèl·lules que moren.

Com es duu a terme la divisió cel·lular

En qualsevol divisió cel·lular s'ha de produir:

• La duplicació de l'ADN, és a dir, de la informació hereditària, i el repartiment d'aquest, per garantir que les dues cèl·lules rebin la mateixa informació hereditària.
• La divisió del citoplasma, o repartiment del contingut de la cèl·lula mare entre les cèl·lules filles. Aquest repartiment no ha de ser necessàriament equitatiu; encara que una cèl·lula rebi només una quantitat petita de citoplasma, podrà augmentar de mida fins a transformar-se en una cèl·lula adulta.

 

Per bipartició La cèl·lula mare es divideix en dues cèl·lules filles de la mateixa mida.		Per gemmació La cèl·lula mare es divideix en dues cèl–lules filles, una de les quals es desen–volupa com una gemma petita damunt de l'altra.		Mitjançant esporulació La cèl·lula mare forma nombroses cèl·lules filles, anomenades espores, que es queden al seu interior fins que la membrana es trenca.
Així es divideixen la majoria de les cèl­·lules del nostre organisme, molts protozous i els bacteris.		Així es reprodueixen fongs unicel·lulars, com els llevats.		Així es reprodueixen els fongs, moltes plantes i alguns protozous.

 

14.  Elegeix un tipus de moviment cel·lular i descriu-lo; posa'n un exemple.

16. Explica quina funció té la reproducció cel·lular en els organismes pluricel·lulars. I en els unicel·lulars?

17.  Explica-ho. Un animal adult té el mateix nombre de cèl­lules que les seves cries? Faran aquestes cèl·lules totes les fun­cions vitals?

4.1 Les primeres observacions

En l'Antiguitat ja es pensava que tots els organismes estaven formats per una unitat bàsica indivisible; no obstant això, no es va poder demostrar.

Al segle xvii, molts naturalistes van començar a usar microscopis primitius per observar i descriure detalls dels éssers vius. D'aquesta època daten les observacions de teixits, fetes per l'italià Marcello Malpighi, o de microorganismes dins l'aigua, com els que va observar l'holandès Anton van Leeuwenhoek.

L'any 1665, Robert Hooke, anglès, va examinar una làmina de suro i va observar que estava formada per unes cavitats semblants a una bresca d'abelles; per això, les va anomenar cel·la (cella o cellula en llatí). No va ser conscient del que eren en realitat (el suro està format per les parets de cèl·lules vegetals mortes), però les va batejar amb el nom que avui fem servir.

Durant la resta del segle xvii i al xviii, l'observació de cella en les estructures microscòpiques de plantes i animals va fer sospitar a molts científics que les cèl·lules podrien ser components bàsics de la vida.

4.2 La teoria cel·lular

Ja al segle xix, la fabricació de microscopis de més potència i qualitat va permetre que alguns científics descrivissin estructures cel·lulars, com ara el citoplasma i el nucli, i que identifiquessin les cèl·lules com les unitats fonamentals que componen els éssers vius.

Però van ser tres científics alemanys, el botànic Matthias Schleiden, el zoòleg Theodor Schwann i el metge Rudolf Virchow, els qui van resumir aquestes idees en una de les teories més importants de la biologia: la teoria cel·lular. Els seus tres principis són els següents:

A partir de l'acceptació de la teoria cel·lular, els biòlegs se van centrar a revelar els detalls de l'interior cel·lular. El desenvolupament del microscopi òptic i, sobretot, del microscopi electrònic, que augmenta entre 500.000 i un milió de vegades la imatge, ha fet possibles nous avenços.

18.  Quina importància va tenir el microscopi en el descobriment de les cèl·lules?

1.  Escull un dels investigadors que se citen en el text i prepara un informe en què exposis la importància que creus que va tenir l'aportació que va fer per a la humanitat.