Fisiologia cel·lular

La fisiologia cel·lular és la disciplina que estudia els mecanismes biològics de la interacció de la cèl·lula amb el seu entorn. Perquè una cèl·lula sigui capaç de dur a terme el metabolisme necessita aliments, energia i biocatalitzadors.

Obtenció i utilització de biocatalitzadors

Segons és la obtenció dels aliments hi distingim dos tipus diferents d’essers; hi ha els essers autòtrofs i els essers heteròtrofs.

• Un esser autòtrof és aquell esser que és capaç de fabricar el seu propi aliment i per tant no necessita obtenir-lo a través d’altres essers; és a dir que a partir de Principis Immediats Inorgànics es capaç de sintetitzar Principis Immediats Orgànics. Aquests essers son els vegetals; les biomolècules inorgàniques utilitzades per a obtenir les biomolècules orgàniques son el CO2, l’H2O i les sals minerals.

• Els essers heteròtrofs som aquells essers que tenim que aconseguir l’aliment que es fabricat per les plantes, que com és lògic se’l fabriquen per a elles mateixes, per a poder-nos alimentar, és a dir que no som pas capaços de fabricar el nostre aliment sinó que l’hem d’obtenir d’algun altre animal que s’ha menjat una planta o d’una planta directament.

Si agaféssim una planta (un vegetal), veuríem que en el sòl que hi ha, trobaríem l’H2O, amb les sals minerals dissoltes. Aquestes sals dissoltes en l’H2O, son absorbides per la planta i pugen des de les arrels fins a les fulles on s’usaran per a produir aliments. La planta a partir d’H2O, sals minerals, llum solar i CO2 atmosfèric, obtindrà els aliments. La clorofil·la és un pigment de color verd el qual transforma l’energia lumínica del sol a energia química necessària per a du a terme la fotosíntesi. Gràcies a la energia química transformada per la clorofil·la i provinent del sol, els àtoms de les sals minerals, l’H2O i el CO2 podran ser reorganitzats per tal de formar nous Principis Immediats Orgànics.

Una planta si té llum esta fen sempre fotosíntesis, per a fer correctament la fotosíntesis, per a dur a terme correctament aquesta reacció la planta necessita CO2, H2O, sals minerals i energia química. Partint de tot això la planta sintetitzarà C6H12O6, lípids i proteïnes. A partir de la glucosa en sortiran tots els altres glúcids ja que hi ha molts més. Això simplement son els aliments però també cal destacar el O2 que és desprès en la reacció. La energia lumínica transformada per la clorofil·la en química, ara esta emmagatzemada en els enllaços químics dels aliments; per això podem dir que els aliments son rics en energia.

Aleshores els animals el que tenen que fer és agafar el aliment directament de les plantes o bé d’un altre animal que ja s’ha menjat una planta. Els animals i les plantes precisem exactament els mateixos aliments i els utilitzem d’una manera pràcticament idèntica. Per això el metabolisme d’una cèl·lula animal i d’una cèl·lula vegetal son tant semblants. La diferencia bàsica entre un animal i una planta és la manera que té d’obtenir el seu aliment.

Cicle tròfic

• El cicle tròfic és aquell cicle que ens explica com es va reciclant la matèria i l’energia en un ecosistema.
• Un ecosistema és el conjunt fet per un medi en concret, els essers vius que hi habiten i les relacions que s’estableixen entre uns essers vius i uns altres.
• El medi és simplement la matèria immediata que ens toca; hi ha el medi aeri i el medi

aquàtic; és a dir o vius en l’H2O o en l’aire.

• El ambient és una zona geogràfica concreta, amb unes característiques també concretes.

En un ecosistema la matèria es recicla; és a dir no cal afegir-ne de nova, però no passa el mateix amb la energia, ja que es perd per irradiació a l’espai i per tant cal afegir-ne de nova continuadament. En les estrelles massives (7M-40M), quan l’estrella està en equilibri s’estan fusionant contínuament àtoms d’H, formant He, Li, Be, B, C, N, O, F, N,... fins al Ni, però en els estrelles massives quan comença a haver-hi una insuficiència d’àtoms es dóna un col·lapse i la estrella fa una supernova, en aquesta supernova s’hi formaran tots els àtoms de la taula periòdica fins a l’U92. Tots aquests àtoms de la supernova formen la pols còsmica. Tota aquesta pols còsmica es posa en orbita al voltant de les estrelles i forma els planetes, així es com va aparèixer la Terra. La Terra està formada per roques, les quals estan formades per àtoms els quals van ser formats en les estrelles (i el H en el Big bang). Les reques, per la erosió donen el sòl i el formen les sals minerals, formades per àtoms d’origen estel·lar.

Gràcies a les sals minerals, l’H2O, l’energia i el CO2, les plantes poden sintetitzar els principis immediats orgànics; ja que son els únics essers capaços de fer-ho; per tant diem que son essers productors. Els aliments estan formats per matèria i energia. Un esser és un esser fitòfag quan obté l’aliment produït per les plantes directament de les plantes; per tant podem dir que és un consumidor primari, per tant aquest animal fitòfag quan es menja una planta el que s’està menjant és la matèria i la energia que forma l’aliment, recordem que l’energia s’emmagatzema en els enllaços químics.

Com ja hem dit els essers vius perdem energia continuadament irradiada a l’espai, de tal forma que l’hem d’obtenir, també, a mesura que l’anem perdent. Ara el fitòfag serà menjat per un esser carnívor; és a dir per un consumidor secundari.

Ara quan es mor un esser viu, es quan apareixen els essers descomponedors que s’encarreguen de transformar les biomolècules orgàniques a biomolècules inorgàniques altra vegada; és a dir de l’aliment en fan CO2, H2O i sals minerals.

En el cicle tròfic la matèria i els àtoms es van reciclant contínuament; en canvi l’energia continguda en els aliments es va perdent irradiada a l’espai.

Obtenció d’energia

En un esser viu hi ha milers de reaccions metabòliques. Si per exemple anéssim a una reacció qualsevol, per exemple la nº125, suposem que aquesta reacció te com a productes A i B, que son biomolècules, per tant és una reacció de síntesi. Com ja sabem totes les reaccions necessiten energia química, aleshores si li posem aquesta energia en aquests productes ( i com ja sabem el biocatalitzador) obtindríem el producte AB. La energia química present en totes les reaccions metabòliques té un origen solar. Aquesta energia química està emmagatzemada en totes les biomolècules orgàniques que han sintetitzat els vegetals.

Aquesta energia un cop extreta de les biomolècules seguirà sent igualment química tot i que abans era lumínica, però va ser transformada per la clorofil·la a química. Aquesta energia química és imprescindible per al bon i correcte funcionament del metabolisme cel·lular. Si agaféssim una cèl·lula, els orgànuls encarregats de la producció d’energia, més ben dit d’extreure l’energia dels enllaços de C6H12O6 i altres biomolècules, son els mitocondris.

La mitjana de mitocondris en una cèl·lula és entre 20 o 30; però no és res més que una mitjana, perquè el nombre de mitocondris d’una cèl·lula depèn de l’activitat d’aquesta cèl·lula, és a dir: Com més activa sigui una cèl·lula més mitocondris tindrà, per exemple les neurones en tenen molts més que els adipòcits, ja que els adipòcits l’únic que tenen que fer és emmagatzemar greix, mentre que les neurones tenen que treballar molt. Les fibres musculars també en tenen forces encara que no tants com les neurones ja que aquestes tenen que treballar contínuament. Últimament s’ha observat que a vegades en casos molt aïllats les neurones es poden reproduir en persones adultes, però no se sap que és el que motiva aquesta acció. Actualment s’està investigant.

Normalment els mitocondris tenen una forma cilíndrica encara que n’hi ha de diferents formes, però la majoria son cilíndrics. Per a poder veure tal com és un mitocondri per dins cal congelar-lo i tallar-lo amb un micròtom, com és lògic no es congela un sol mitocondri i no que se’n congela normalment un teixit, teixit hepàtic per exemple ja que es una zona bastant activa, el fetge.

Si agaféssim un mitocondri podríem veure que te dues membranes; una interna i una altra d’externa. Entre les dues membranes hi ha H2O. A la membrana interna se li fan una sèrie de replecs els quals anomenem crestes, entre cresta i cresta hi ha H2O més proteïnes, aquest espai és anomenat matriu. A una cèl·lula contínuament li estan entrant aliments (glúcids, lípids , proteïnes,..) , 24h al dia a totes les cèl·lules. Aquests aliments tots tenen energia en els seus enllaços químics. Per exemple la C6H12O6 que és la molècula de la qual treiem normalment la energia.

La C6H12O6 entra en un mitocondri, també hi entra l’O2, de tal forma que reacciona amb la C6H12O6 i la occida, la trenca i després d’una sèrie de complicades reaccions deixa CO2, H2O i energia química útil per al metabolisme, per això unes 13 vegades per minut traiem CO2 del nostre organisme, provinent de les nostres cèl·lules expirant.

La respiració cel·lular aeròbia

Aquesta respiració és aquella que utilitza O2 per a l’obtenció d’energia. És la més comuna. C6H12O6 + 6O2  6CO2 + 6H2O + energia

No és una sola reacció, sinó que n’hi ha moltes d’entremitges. La C6H12O6 és útil per a l’obtenció d’energia ja que la seva energia és fàcil de treure, ja que per exemple els lípids en tenen molta més, però els lípids son d’una oxidació molt lenta.

La respiració anaeròbia

Aquesta respiració és aquella que prescindeix de l’O2, no és la més comuna en la vida, només la fan alguns bacteris i alguns fongs, també les fibres musculars entre d’altres.

Amb aquest tipus de respiració no s’obté molta energia. S’utilitza la C6H12O6 i algun altre element, i es deixa anar catabòlit i CO2. El llevat Saccharomiles sp. N’és un exemple.

En les fibres musculars també es dóna, i com a catabòlit hi ha l’àcid làctic, que es cristal·litza i forma els anomenats cruiximents.

Mort per inanició

La mort per inanició és la mort per no menjar. Si un esser humà no menja durant unes 24 hores no passa res ja que en el fetge hi tenim suficient C6H12O6 emmagatzemada per anar oxidant durant aquest temps, però si s’està més de 24 hores sense menjar aleshores el nostre cos començarà a oxidar greixos, de tal manera que es podrà sobreviure durant uns quants dies o fins i tot alguna setmana, tot i que depèn del greix acumulat en cada persona. Després de consumir el greix es comença a consumir les proteïnes, és a dir els músculs, que ja és arribar a un extrem del qual la persona en qüestió segurament no se’n sortiria.

Obtenció de Biocatalitzadors

Un Biocatalitzador és un producte químic que amb la seva presencia permet que es duguin a terme les reaccions bioquímiques. Els enzims son biocatalitzadors específics; és a dir cada reacció química que el seu enzim característic. Les hormones i les vitamines també son biocatalitzadors. Els enzims sempre son proteïnes. El metabolisme cel·lular es dóna en el citoplasma. Si anéssim a la reacció nº125; dels mitocondris en ve la energia, i ja tenim els productes, per exemple A i B, ara només necessitem l’enzim que en la seva presencia fa possible la reacció nº125. Anem al nucli de la cèl·lula. Un cromosoma està format per dues cadenes d’ADN; és a dir una molècula d’ADN. Les cadenes d’ADN no es toquen, tot i que estan unides per ponts d’H, per això mateix no ho fan.

Cada espècie té un determinat nombre de cromosomes, els humans en tenim 46 en les cèl·lules 2n. Això significa que qualsevulla cèl·lula humana de qualsevulla part d’un humà tindrà 46 cromosomes, ara bé exceptuant els síndromes genètics. Els gats per exemple tenen 38 cromosomes, mentre que els cavalls en tenen 66, un ximpanzé en té 48,...

Els cromosomes estan dividits en fragments, és a dir: estan fragmentats. Cada fragment d’ADN en què està dividit el cromosoma és un gen; per tant: Un gen és un fragment d’ADN, però, que implica l’aparició d’un caràcter físic concret. Cada gen duu informació sobre un caràcter físic concret. En una cèl·lula humana, aproximadament, hi ha uns 25 000 gens. La mitjana és d’uns 600 gens per cada cromosoma, però tan sols és una mitjana. Si anem al gen nº125, veuríem que el gen ordena que se sintetitzi una molècula d’ARNm , concretament la molècula d’ARNm nº125. Ara l’ARNm nº125 se n’anirà al citoplasma i es trobarà amb un ribosoma que el recorrerà per tal de llegir el codi genètic de l’ARNm nº125 i anar sintetitzant una proteïna; la proteïna nº125. Aquestes proteïnes poden ser un enzim o no. Aquesta ho és, ja que és el més comú, concretament és l’enzim nº125. Ara aquest enzim anirà a la reacció nº125 per tal que es pugui donar. Ara obtindrem el producte nº125. Aquest producte nº125 donarà l’aparició del caràcter nº125.

Relació gens evolució

La evolució és el fenomen pel qual els essers vius experimenten petits canvis genètics (mutacions) acumulatius, que al cap d’un període de temps molt llar, provoquen l’aparició de canvis suficientment importants com per donar origen a una nova espècie. Anem a un gen i agafem el gen A, que dóna informació sobre el caràcter A i en provoca la seva aparició. Si combinem, si mutem el gen ja no sortirà el caràcter A, perquè la informació escrita en el gen ha canviat, de manera que farà un nou enzim que provocarà l’aparició d’un nou caràcter físic en lloc de l’antic. La evolució es basa en els canvis genètics.

La selecció natural

El medi el que fa és triar els essers vius que tenen una carrega genètica suficientment bona com per a sobreviure-hi. EXEMPLE: Si tenim una zona a 20ºC de mitjana, i hi vivien uns essers. En concret, en aquella espècie, n’hi ha de molt peluts, que tenen pèl però no molt, i que no en tenen gens; a 20ºC tots sobreviuen perfectament, però imaginem que ve una glaciació i que la temperatura mitjana baixa dels 20ºC als -6ºC, aleshores, els que no tenien gens de pèl moririen, però mai els hi sortiria més pèl, mai, mentre que els que en tenien molt estarien molt més ben adaptats al medi, el qual a canviat i per tant podrien sobreviure perfectament. La espècie ha tingut un canvi genètic. Els essers vius no ens adaptem a l’ambient.

EXEMPLE: Biston betularia, papallona de bedoll:

El bedoll té el tronc de color gris amb piquets negres, això és molt útil per a la Biston betularia ja que la majoria son de color gris clar am piquets negres i s’hi poden camuflar molt bé. La majoria de Biston betularia son grises amb piquets negres, però n’hi ha de negres, poques. N’hi havia poques perque en el bedoll es camuflaven molt malament i eren una presa més fàcil per als depredadors, ara bé, a Anglaterra va venir la revolució industrial i amb tota la indústria del carbó els bedolls varen quedar negres de manera que les Biston betularia grises amb piquets negres es varen convertir en la presa fàcil i les Biston betularia negres s’hi camuflaven molt bé, per tant les que en aquella zona on els arbres havien quedat negres per la contaminació del carbó les Biston betularia eren les més abundants. D’aquesta historia en podem treure una conclusió:

No podem parlar mai de gens bons o gens dolents sinó que hem de parlar de si aquests estan ben adaptats al medi o no.