1 TEMA 1: LA CÈL!LULA COM A UNITAT ESTRUCTURAL I ...

TEMA 1: LA CÈL!LULA COM A UNITAT ESTRUCTURAL I FUNCIONAL
DELS SISTEMES VIUS
Un ésser viu diem que és un organisme que reuneix tres
característiques bàsiques:
- És un sistema obert. Sempre hi ha intercanvi d’informació (entrada,
sortida o transport) amb l’entorn. Capta energia i matèria del medi per tal
de mantenir una estructura organitzada.
- És un sistema d’alta complexitat molecular. Està format per un nombre
elevat de molècules diferents i que a més són d’un alt pes molecular (ex.
proteïnes, àcids nucleïcs...)
- És un sistema amb capacitat de reproducció autònoma. Poden generar
còpies idèntiques d’ells mateixos. Tot i que s’han de tenir en compte les
mutacions que fan que existeixi la variabilitat entre individus.
La biologia és la ciència que estudia als éssers vius.
Els sistemes vius són cèl!lules o agrupacions de cèl·lules. Aquestes
cèl·lules tenen unes característiques concretes:
- Guarden la informació hereditària en el mateix codi químic (el DNA)
- Repliquen la informació hereditària mitjançant una polimerització sobre
un motlle.
- Transcriuen part de la informació present en el DNA en un mateix tipus
de molècula (RNA)
- Utilitzen proteïnes com a catalitzadors
- Tradueixen el RNA a proteïna.
- Funcionen com factories bioquímiques que utilitzen els mateixos blocs
moleculars bàsics.
- Estan envoltades d’una membrana plasmàtica per la qual han de passar
els nutrients i els residus.
Hi ha dos grans grups de cèl·lules:
PROCARIOTES EUCARIOTES
Senzilles Complexes
Unicel·lulars o colonials Unicel·lulars o pluricel·lulars
Entre 0.1 – 1 µm Entre 1µm – 1mm
Formes poc variades Formes variades
Genoma (DNA) amb menys
informació, un únic cromosoma
circular sense histones que es
codifica per poques proteïnes i
sense separació de la resta del
citoplasma.
Genoma (ADN) amb més informació, ADN
lineal organitzat en cromosomes que
modulen el grau de condensació de la
cromatina i que contenen gens fragmentats
(exons i introns). Es troba envoltat per la
membrana nuclear.
Pocs orgànuls Nucli, cloroplast, mitocondri, etc.
Sense comparimentació
intracel·lular, és a dir, sense
orgànuls membranosos.
Compartimentació intracel·lular: tenen nucli
diferenciat que emmagatzema la
informació i complexos com el reticle
endoplasmàtic, l’aparell de Golgi...Això els
permet realitzar el transport vesicular a
través dels diferents compartiments.
1

Tenen microtúbuls de flagel·lina Els cilis i flàgels estan formats per
microtúbuls de tubulina.
Presenten citoesquelet: filaments que
No fan l’endocitosi ni cap digestió
intracel·lular. No existeixen els
corrents citoplàsmatics.
donen mobilitat i la forma a la cèl·lula.
La membrana plasmàtica els permet
realitzar l’endocitosi i l’exocitosi. Tenen
corrents citoplasmàtics i realitzen una
digestió intracel·lular.
Reproducció sexual o asexual, existeix la
Reproducció asexual (mitosi) per
bipartició simple o per espores. mitosi i la meiosi (formació de gàmetes)
Organització cel·lular: principalment Organització cel·lular: principalment
unicel·lular
pluricel·lular amb diferenciació de les
cèl·lules (també hi ha de unicel·lulars).
Bacteris, cianofícies, micoplasmes. Protistes, fongs, plantes i animals
Existeix una determinada classificació dels éssers vius, que ha anat
evolucionant al llarg del temps fins a la classificació d’avui en dia. Des de la
primera classificació només dels organismes microscòpics en vegetals i
animals fins l’actual. Al llarg dels anys han sorgit diversos problemes com quan
es va descubrir que els fongs, inicialment classificats com a vegetals, no ho
eren perquè no tenen cloroplasts, les seves parets són de quitina enlloc de
cel·lulosa i són organismes colonials, no pluricel·lulars.
2

I més actual ha estat el debat sobre la classificació dels virus que han
quedat exclosos de la classificació ja que són “éssers vius” que no tenen
complexitat estructural ni tampoc tenen funcions de nutrició ni de relació,
només de reproducció.
Així, finalment la classificació actual dels 5 regnes és la següent:
3

TEMA 2: EVOLUCIÓ PREBIÒTICA
Hi ha moltes teories sobre l’origen de la vida, però cap deu ser
considerada com totalment certa ja que cap aporta proves definitives i totes
posseeixen defectes i llacunes
Fins al segle XVII hi havia una acceptació general de les teories
creacionistes: els éssers vius van ser creats en un moment determinat per un
ser superior, però encara es poden anar creant a partir de la matèria inanimada
per la intervenció d’aquest ser superior (generació espontània). Es creia que
els éssers vius venien d’altres éssers vius sense canvi morfogenètic. Un
experiment clàssic que demostrava aquesta teoria.
L’any 1862 el concepte de generació espontània queda totalment
descartat pels experiments de Louis Pasteur. Pasteur va demostrar que en un
recipient que contenia nutrients no apareixien microbis si es mantenia estéril.
L’esterilitat es podia aconseguir simplement allargant la boca del recipient, de
manera que els microbis de l’aire no poguessin arribar als nutrients, o també es
podien eliminar els microorganismes bullint les substàncies.
A partir d’aquest moment, els científics de l’època es van començar a
qüestionar com devia ser el inici de la terra. Amb el descobriment d’Amèrica es
va trobar una gran diversitat d’espècies i amb el posterior descobriment i estudi
de fòssils es comença a parlar de història i evolució dels éssers vius.
En aquell instant, s’enfronten les teories creacionistes amb les
anomenades materialistes:
- Creacionistes: els éssers vius van ser creats per un ser superior
- Materialistes: els éssers vius apareixen a partir de la síntesi abiòtica de
molècules orgàniques a partir de molècules inorgàniques existents a la
terra primitiva.
La comunitat científica es decanta per les teories materialistes.
1. TEORIA D’OPARIN
L’any 1922 el científic rus A.I.Oparin va postular que la vida havia
aparegut com a conseqüència d’un procés d’evolució química, l’anomenada
evolució prebiòtica (de matèria inorgànica a matèria orgànica).
Postulava que la radiació ultraviolada del Sol o les descàrregues
lluminoses que es produïen a la Terra primitiva provocaren que les molècules
de l’atmosfera reductora existent reaccionessin per a formar compostos
orgànics senzills, tals com els aminoàcids, les bases nitrogenades i els sucres.
Oparin va realitzar un experiment que corroborà aquesta teoria i que va
permetre demostrar com es varen poder sintetitzar les primeres substàncies
orgàniques a partir de substàncies inorgàniques.
4

2. SÍNTESI ABIÒTICA DE COMPOSTOS ORGÀNICS A LA TERRA
PRIMITIVA. ORIGEN DE LA PRIMERA CÈL!LULA
DATA ESDEVENIMENT
20.000 ma S’origina l’Univers.
15.000 ma Big Bang
4.500 ma Formació de la Terra
4.300 ma Aparició de l’atmosfera primitiva
3.800 ma Va aparèixer la primera cèl·lula, els primers microfòssils
(procariotes molt senzills) trobats a la Terra.
1.900 ma Primera cèl·lula eucariota
700-600 ma Primers vertebrats
570 ma Període càmbric (període actiu en la proliferació d’espècies)
4,5 ma Primer homínid.
Fa 4.500 milions d’anys es formà la Terra a partir de la condensació de
núvols de gasos estel·lars. Entre els 4.000 i els 3.800 milions d’anys. La Terra
s’ha refredat i és una massa coberta d’aigua i envoltada d’una atmosfera que
probablement contenia:
CH4, H2, N2, SH2, NH3, CO2 i vapor d’H2O (no hi ha oxigen lliure)
Per a la evolució química de la vida a la Terra primitiva es necessitaven
quatre requeriments:
- Absència total d’oxigen lliure, ja que al ser molt reactiu hagués oxidat
les molècules orgàniques que són essencials per a la vida.
- Una font d’energia, la Terra primitiva era un lloc caracteritzat per la
presència de vulcanisme generalitzat, tempestes elèctriques,
bombardeig de meteorits i intensa radiació, especialment ultraviolada
(degut a la manca de capa d’ozó).
- Substàncies químiques, que funcionessin com “blocs de construcció
químics”: aigua, minerals inorgànics i gasos (els anomenats
anteriorment, CH4, H2, N2, SH2, NH3, CO2 i vapor d’H2O)
- Temps: l’edat de la Terra es calcula en 4.500 milions d’anys i els
vestigis de vida més antics daten de 3.800 milions d’anys de manera que
la “vida” va trigar uns 700 milions d’anys en formar-se.
Fins a finals del segle XVIII es pensava que els compostos orgànics
només podien formar-se per l’acció dels éssers vius, la síntesi en el laboratori
de la urea (un compost orgànic), va acabar amb aquesta creença.
En 1952, Stanley Miller i Urey (també el va realitzar Joan Oró) van
dissenyar un experiment destinat a corroborar la hipòtesi d’Oparin, que
considerava com condicions de partida la presència en l’atmosfera primitiva
dels següents gasos: H2, N2, CO2, H2O, NH3, CH4.
5

Miller va fer passar descàrregues
elèctriques a través de la barreja de
gasos que simularia la atmosfera
primordial. En un recipient d’aigua
que representava l’oceà primitiu,
Miller va recupera aminoàcids.
Posteriors modificacions a
l’atmosfera produïren precursors de
les 4 classes de macromolècules
orgàniques (aminoàcids, sucres,
lípids i àcids nucleics).
Varen demostrar, doncs, amb aquest
experiment que les descàrregues
elèctriques sobre una mescla de
gasos com la que devia ésser a
l’atmosfera primitiva originava
molècules com àcid nítric,
formaldehid, àcid acètic, glicina, àcid
làctic, alanina urea, àcid
aspàrtic...indispensables per a
qualsevol organisme viu.
Les molècules obtingudes en els primers experiments de Miller són:
6

El pas següent va ser la formació de macromolècules per polimerització
de les petites, la polimerització. La interacció entre les molècules així
generades es va incrementar a mesura que la seva concentració augmentava.
Aquesta acumulació seria el que actualment anomenem “sopa d cultiu
primitiu”. A partir d’aquesta sopa podria haver sorgit la primera forma de vida,
ja que la polimerització va donar lloc a molècules més complexes com
polipèptids (proteïnes) o polinucleòtids (RNA) essencials per a l’aparició de la
primera cèl·lula. El polinucleòtids actuen com a patrons de polimerització,
aquest fet és possible gràcies a que es produeix un enllaç preferencial entre
parells de nucleòtids, mitjançant enllaços relativament febles. Malgrat tot, calien
catalitzadors per a que tinguessin lloc aquestes polimeritzacions. S’han trobat
diversos elements i minerals que hi havia que podien haver realitzar aquesta
funció, per exemple, ions, minerals, el mateix RNA i, fins i tot, argila.
No obstant, per tal de poder construir una cèl·lula o sistema biològic,
aquest ha de tenir les següents propietats:
- Un material de partida informatiu capaç d’autoreplicar-se que permeti ser
construït i transmetre la informació a la generació següent
- Un cert nivell de metabolisme que permeti captar matèria i energia del
medi per al seu manteniment i per a la transmissió de la vida.
- Possibilitat de mutacions o canvis que permeti al sistema progressar cap
a la complexitat.
A les cèl·lules vives actuals la informació genètica s’emmagatzema en el
DNA, el qual transcriu el missatge al RNA finalment pot traduir aquesta
informació en proteïnes que actualment són les encarregades de la gran
majoria de les funcions cel·lulars.
En canvi, les primeres cèl·lules no tenien DNA com a magatzem de la
informació genètica, sinó que tenien RNA. El RNA era capaç d’emmagatzemar
la informació genètica i catalitzar les reaccions químiques en les cèl·lules
primitives. D’aquesta etapa d’autoreplicació molecular, s’anomena el món
del RNA. Posteriorment, el DNA es va convertir en el material genètic i les
proteïnes en els principals components catalítics i estructurals de les cèl·lules.
Com es produïa aquesta autoreplicació del RNA?
El mateix RNA pot actuar com a catalitzador (Ribozima).
S’han identificat ribozimes amb acitivitats catalítiques molt diferents, inclosa la
polimerització del RNA.
Els RNAs tenien, doncs, capacitat informativa i capacitat catalítica. Dels RNAs
amb activitat replicativa, s’haurien anat seleccionant aquells més estables
(l’estabilitat depèn de l’estructura tridimensional del RNA).
7

A la primera i segona imatge veiem el procés de replicació del RNA catalitzat per les
ribozimes. Mentre que el esquema de la dreta representa com aglunes ribozimes
podien catalitzar no només la replicació d’altres RNAs, sinó també la seva pròpia.
El pas de món de RNA a DNA va
seguir diferents passos. Les cèl·lules
més primitives amb pre-RNA, que
combinaven funcions genètiques,
catalítiques i estructurals van ser
reemplaçades gradualment pel RNA,
que van evolucionar per poder dur a
terme la síntesi de proteïnes. La
aparició de molècules de DNA i
l’evolució posterior d’algunes proteïnes
(enzims) que podien replicar el DNA i
fer copies de RNA a partir d’ell van
reemplaçar definitivament el RNA per
DNA. El DNA és més estable que el
RNA i va resultar essencial quan les
cèl·lules varen ser més complexes i
necessitaven més informació.
Però perquè tots aquests processos
(autoreplicació, etc.) es produeixin
necessitaven una alta concentració de RNA.
Això es va aconseguir quan es van formar
bicapes lipídiques quan els lípids entraven en
contacte amb l’aigua. La primera cèl·lula,
doncs, apareix quan una bicapa (miscel·la) és
capaç d’incorporar en el seu interior molècules
de RNA
8

Ànnex: TEORIES EVOLUCIONISTES
A partir de la refutació de la teoria de la generació espontània i del
descobriment dels fòssils, es va començar a parla per primera vegada de la
història i l’evolució del éssers vius. Les primeres teories evolucionistes
intentaven demostrar que els éssers vius havien anat evolucionant amb el
temps.
Lammark, al 1801, va ser el primer en enuncià una teoria sobre
l’evolució anomenada: teoria de l’evolució, o també coneguda com a teoria
de l’herència dels caràcters adquirits que postulava que totes les espècies
provenen d’altres menys desenvolupades; totes tenen un ancestre comú. Les
idees bàsiques de la seva teoria eren:
- La funció crea a l’òrgan, és a dir, l’adaptació es fa per necessitat
(actualment s’està totalment en contra d’aquest punt).
- Els òrgans o caràcters adquirits durant la vida s’hereten. Postulava que
s’heretaven aquelles estructures que eren útils per a l’espècie, ja que
duien a terme una funció important (també considerada com a falsa ja
que els caràcters adquirits durant la vida no es poden heretar).
Entre 20 i 30 anys després, Darwin va desenvolupar els seus estudis.
Va estar 5 anys viatjant i estudiant les petites diferències entre espècies.
Finalment, va realitzar una altra teoria, més completa, que es basava també en
què les espècies ancestral, però que es recolzava en tres punts bàsics.
- L’existència de variabilitat és el motor de l’evolució.
- Les diferències entre els individus d’una mateixa espècie són degudes a
mutacions, produïdes a l’atzar.
- L’entorn s’encarrega de seleccionar als individus millor dotats: selecció
natural.
9

TEMA 3: EVOLUCIÓ CEL!LULAR
Les primeres cèl·lules es daten, segons el registre fòssil, fa 3.800 milions
d’anys. Aquestes cèl·lules eren procariotes (no tenien nucli diferenciat),
heteròtrofes (s’alimentaven de la sopa primitiva) i anaeròbies (no hi ha oxigen
lliure, per tant, tenien un metabolisme poc eficient).
Aquesta cèl·lula tenia un cicle cel·lular molt curt, que li permetia una
reproducció constant i molt ràpida (per bipartició). Al anar-se’n reproduint tant
ràpidament, es va anar incrementant en nombre considerablement, produint
així una crisi d’aliments, ja que s’esgotava la matèria orgànica (crisi dels
aliments).
Degut a aquesta situació extrema i l’acumulació de mutacions en el
material genètic es van seleccionar cèl·lules capaces d’obtenir energia de la
llum solar i d’utilitzar el poc diòxid de carboni atmosfèric per a realitzar un
procés fotosintètic. Apareix, per tant, la FOTOSÍNTESI. Les cèl·lules
fotosintetitzadores podien convertir l’aigua i el diòxid de carboni en compostos
orgànics i alliberaven oxigen a l’atmosfera.
Simultàniament, també es seleccionaren cèl·lules amb capacitat de
fagocitar i que, per tant, s’alimentaven d’altres cèl·lules. Gràcies a la fagocitosi
es van anar incorporant uns organismes dins d’uns altres establint relacions de
simbiosi.
Tal com apareix a l’esquema, l’aparició de cèl·lules fotosintetitzadores
que alliberaven oxigen al medi va provocar una segona crisi, la crisi aeròbica.
Fa uns 2.000 milions d’anys, les cèl·lules fotosintetitzadores havien produït
suficient oxigen per a modificar l’atmosfera terrestre substancialment.
Molt pocs organismes eren capaços d’aprofitar l’oxigen alliberat al medi
i, de fet, per la gran majoria aquest oxigen resultava tòxic. Aquests anaeròbics
obligats varen desaparèixer o van quedar restringits a àrees sense contacte
amb l’oxigen. No obstant, els pocs que podien aprofitar-lo van evolucionar
desenvolupant una via respiratòria que utilitzava l’O2 per obtenir més energia
dels aliments i transformar-la en ATP. La respiració aeròbia s’incorpora, així, al
procés anaerobi ja existent de la glucòlisi.
10

A més a més, gràcies a aquest oxigen alliberat es va formar la capa
d’ozó (O3) que envolta la Terra impedint l’arribada de les radiacions
ultraviolades a la Terra.
L’ORIGEN DE LES CÈL!LULES EUCARIOTES.
Per tal d’evolucionar de cèl·lules procariotes a cèl·lules eucariotes, les cèl·lules
han hagut d’adquirir al menys dos propietats bàsiques.
- Estructures especialitzades en la respiració (mitocondri). A més els
autotròfics requerien sistemes fotosintetitzadors (cloroplasts).
- Un sistema intracel·lular de membranes (generarien nucli cel·lular)
1.1. L’origen del nucli
Les cèl·lules fagocitaries tenien una membrana molt flexible, fet que va
afavorir al desenvolupament d’un sistema intracel·lular de membranes que
finalment va donar lloc als orgànuls típics de les cèl·lules eucariotes, entre ells
el nucli (coberta nuclear té dos membranes).
11

1.2. L’origen dels mitocondris i els cloroplasts
L’origen dels mitocondris i cloroplasts es data entre 1.500 i 700 milions
d’anys. L’any 1980 Lynn Margulis va proposar la teoria de la endosimbiosi
(teoria endosimbiòtica) per tal d’explicar l’origen dels mitocondris i dels
cloroplasts. D’acord amb aquesta idea, un procariota fagocitari va envoltar un
procariota aerobi (considerat el mitocondri) o a un procariota fotosintetitzador
(considerat el cloroplast).
Això explica perquè tant els mitocondris com els cloroplasts tenen dos
membranes i DNA propi.
Podem dir que els mitocondris eren originàriament bacteris aeròbics.
Tenen una mida i una forma semblant i tenen DNA circular sense associar-se a
histones, sintetitzen proteïnes, es reprodueixen per bipartició, tenen ribosomes
de 70s i posseeixen a la seva membrana enzims per a realitzar la respiració,
sent els responsables de la respiració cel·lular.
Pel que fa als cloroplasts, eren originàriament cianobacteris, ja que
capten la llum solar en la clorofil·la, unida a les membranes, tenen una mida i
una forma semblant, es reprodueixen per bipartició i tenen un DNA amb una
seqüència de nucleòtids pràcticament idèntica a la de fragments del
cromosoma bacterià.
12

Així, la simbiosi entre espècies va donar lloc a nous organismes:
EVOLUCIÓ DELS UNICEL!LULARS ALS PLURICEL!LULARS
Requisits bàsics per a l’evolució:
- Un medi intern que aporti nutrients a totes les cèl·lules i un sistema de
transport per a aquest medi. (Això ocasiona la sortida de la vida de
l’aigua per trobar aliment)
- Una especialització funcional de les cèl·lules del organisme
(diferenciació cel·lular: totes les cèl·lules tenen la mateixa informació
genètica, però cadascuna expressa una informació concreta).
13

Evolució d’organismes unicel·lulars a organismes pluricel·lulars.
Totes les cèl·lules precursores són protistes que formen un grup molt heterogeni
Així, després del pas de unicel·lulars a pluricel·lulars la distribució dels
organismes va quedar tal i com la coneixem avui en dia.
14

TEMA 4: MÈTODES PER A L’ESTUDI DE LES CÈL!LULES
1. TÈCNIQUES MICROSCÒPIQUES
La cèl·lula no té color i, per tant, no té contrast. Sota el microscopi no es
veu res. Per poder estudiar a fons la cèl·lula hem de processar-la mitjançant
diferents tècniques.
Hem de saber quines són les mides que volem estudiar i escolir la millor.
Per això, ens cal saber el límit de resolució que es calcula de la següent
manera:
LR = (0,61*") / (n*pen#) = (0,61*") / AN
n = índex de refracció = 1-1,4. Indica el material que hi ha entre l’objectiu i
l’objecte (aire, aigua, oli...)
pen! = el dóna el fabricant (mesura entre l’objectiu i l’objecte)
AN= apertura numérica
" = longitud d’ona de la llum emprada. (és aprox. 500nm)
El límit de resolució d’un microscopi òptic és de 0,2µm = 200nm. Dos punts
situats més a prop de 200nm, no els podriem distingir com dues estructures
separades.
Per augmentar la " podem canviar el tipus de llum. Això fa augmentar la
resolució. La llum ultraviolada (UV) té una " de 260nm. En aquest cas, el límit
de resolució d’un microscopi òptic és de 0,25µm = 250nm.
La " en el microscopi electrònia és extremadament més baixa. Fa servir
electrons accelerats a 100.000V ! "= 0.004nm.
15

El límit de resolució d’un microscopi electrònic amb els electrons accelerats a
100.000V és d’entre 0,1 i 0,2 nm. Podem veure molècules o àtoms. Tamé
podem veure detalls de la cèl·lula (mitocondris, etc.)
Un altre concepte relacionat és el contrast. Hem de preparar adequadament
les mostres per poder-les visualitzar a través del microscopi.
1.1. Preparació de mostres
Té quatre punts molt importants:
- Fixació: aturar de cop els processos metabòlics i bioquímics de la
cèl·lula. Hem de garantir, però, que la cèl·lula morta sigui el més
semblant possible a la viva. Pot ser:
" Fixació química: mitjançant fixadors (formol, alcohol...). Moltes
vegades aquest procés és massa llarg i no ens interessa
" Fixació física: Congelació amb nitrogen o heli. És immediat
- Inclusió del teixit fixat (en fixacions químiques). Quan congelem el
teixit està dur i el podem tallar, però si hem fet una fixació química cal
que l’endurim per tallar-lo. S’inclou el teixit en un altre material (plàstic,
parafina...). El material impregna el teixit i el podem tallar.
- Tallar seccions. Per al microscopi òptic els talls han de ser d’entre 6-
10µm. Amb aquest gruix la llum pot traspassar la mostra. Els talls es fan
amb el micròtom. Per al microscòpi electrònic els talls han de ser
ultrafins perquè els electrons tenen un poder de traspàs molt baix. Talls
entre 50-100µm.
Actualment, els microscopis òptics porten càmeres digitals i pots capturar la
imatge.
Fa 10-15 anys van aparèixer una sèrie de tècniques que empraven filtres o
llum UV i que van revolucionar l’ús dels mircroscopi. Aquestes tècniqeues
milloraven la visió i són principalment:
- Microscòpia de contrast de fase: És el que dóna millor informació
sobre les cèl·lules vives. Permeten obtenir un contrast més elevat. Hi ha
una sèrie de filtras que fan que la llum incideixi sobre un altre angle i no
directament sobre la mostra
- Filtres diferencials
- Tècniques de camp fos
1.1.1. Microscòpia confocal i de fluorescència
S’ha emprat des dels anys 80-85. Ha permès obtenir informació que mai
no es podria haver captat per mètodes tradcionals. Podem analitzar estructures
i veure com estan composades a la cèl·lula.
16

Aquestes molècules fluorescents estan associades als anticossos i als
antígens. Un anticòs només concorda amb un antígen. Podem veure el que
marquen anticossos i antígens.
La microscòpia confocal mostra imatges molt nítides perquè enfoquem
un pla.
Utilitzarem llum UV per estudiar molècules fluorescents de la cèl·lula. Si
això li sumem la tècnica confocal tenim imatge més nítides.
Idea bàsica de la microscòpia confocal i de fluorescència.
Excitar una molècula fluorescent dins la cèl·lula amb llum Uv. Si hi ha
cèl·lules que tenen estructures fluorescents dins de la seva estructura les
podem excitar amb llum UV. Si la cèl·lula no té molècules fluorescents n’hem
d’induir. Un dels sistemes és induir anticossos. Els marquem fluorescentment i
els introduïm a la cèl·lula. Ex. anticossos d’antiactina! marcaran les molècules
d’actina.
Problema de la microscòpia de fluorescència.
Hi ha soroll de fons que embruta la imatge (distorsió). El pla focal és pla
hi ha moltes molècules fluorescents a diferents nivell que no les sabríem
col·locar. Això provocar distorsió.
Si enlloc de fer servir llum UV fem servir un làser, el pla focal és d’un
punt. Així, desapareix el soroll. Això és una tècnica confocal. El problema del
pla confocal és que perdem informació de l’estructura que estem observant.
Els microscopis confocals, però, incorporen sistemes d’escaneig que capten
diferents imatges de l’estructura de la cèl·lula per no perdre informació. Totes
les imatges que escaneja el microscopi les reconstrueix i ens mostra tota la
imatge de la cèl·lula.
1.1.2. Microscòpia electrònica
Hi ha dos tipus:
- Microscòpia electrònica de transmissió (TEM):
La llum travessa la mostra. Hi h electrons en un camp elèctri i les lents
són camps electromagnètics. La imatge final serà el resultat d’una sèrie
de contrastos. També podem digitalitzar la imatge.
En el microscopi electrònic de transmissió els talls de la mostra han de
ser molt petits perquè els electrons pugui traspassar.
Ens trobem amb el mateix problema que amb la microscòpia confocal.
Per solucionar el problema podem fer talls seriats i reconstruir la imatge.
Això és complicat tècnicament. Una altra solució per estructures
senzilles (ex Mitocondris) és fa servir el TEM d’alt voltatge (TEM normal:
100.000V / TEM alt voltatge: 1.000.000V). Amb això aconseguim que
augmenti el nivell de penetració. Només hi ha dos TEM d’alt voltatge.
La microscòpia de transmissió és en B/N i requereix treballar amb els
50/100nm.
17

- Microscòpia electrònica de rastreig (SEM): la trajectòria de la llum és
diferent. Hi ha un filament d’electrons que passen a través d’una lent
electromagnètica. Els electrons no travessen la mostra, sinó que reboten
i van a parar a una pantalla que reprodueix la imatge. Perquè això
funcioni, cal que pintem la superfície de la mostra amb sals de metalls
pesats.
Ens dóna una imatge només de la superfície de la mostra (ex. una
cèl·lula sencera, un teixit, un insecte). La resolució és més baixa que el
TEM.
TEM = 0,1 nm
SEM= 10nm
MO=200nm
Ens mostra imatges que ens ajuden a entendre la morfologia a nivell de
les cèl·lules d’un teixit.
1.1.3. Criofactura.
Tècnica emprada en la visualització de mostres biològiques mitjançant el
microscopi electrònic, especialment en estudis de la membrana cel·lular,
consistent a congelar l’espècimen amb nitrogen líquid i fracturar-lo amb un
micròtom
1.2. Tècniques de fraccionament i cultius cel!lulars
A pràctiques.
Temes 7 i 9
1.3. Tècniques de localització i quantificació de molècules
A pràctiques.
18

TEMA 5: PROTEÒMICA
Hem passat de l’època del genoma a l’època post-genòmica: època
proteòmica ! l’expressió dels gens. Per entendre les funcions dels gens hem
d’entendre els seus productes.
Fins ara es creia:
GEN (DNA) ! RNA ! proteïnes
Ara se sap que un GEN té més d’un RNA que pot donar lloc a
estructures diferents.
Ens interessa doncs, saber què fan les proteïnes. Quan falla quelcom al
cos hem de saber quina molècula ha fallat i, per tant, necessitem saber quines
funcions desenvolupen les proteïnes.
A una proteïna no se li pot assignar una sola funció, sinó que la
funció d’una proteïna depèn del lloc i del temps on estigui.
La proteïna està dins d’un compartiment i al llarg del temps va passant
d’un compartiment a un altre. A cada compartiment interacciona amb altres
molècules i aquestes interaccions determinen les seves funcions. Això fa que
una proteïna tingui diferents funcions (poden no ser molt diferents,però ho són).
Proteoma: conjunt de proteïnes d’una espècie.
Hi ha diferents tècniques per estudiar el proteoma:
- Electroforesi bidimensional. Separar les proteïnes segons el seu pes
molecular (en un pes elèctric). A la llarga les proteïnes es van barrejant
19

Pot passar que més d’una proteïna tingui el mateix pes molecular, per
tant, aquest sistema no serveix. Ens cal un segon criteri que ens permeti
spearar totalment les proteïens
Criteri 1: separa les proteïnes pel seu punt isoelèctric (característica
única de cada proteïna que està relacionat amb la càrrega elèctica. La
càrrega depèn dels aminoàcids que són diferents per cada proteïna).
Criteri 2: el pes molecular.
- Espectromètria de masses. Retallem cada proteïna en condicions
estèrils (perquè no es contamini la mostra). L’espectòmetre ens donarà
la seva massa i ens seqüènciara la proteïna o part de la proteïna
(desxifra els aminoàcids). Els espectòmetres estan connectats a una
base de dades online que et permet veure si aquella proteïna està
identificada o no.
20

TEMA 6: COMPARTIMENTALITZACIÓ
La cèl·lula eucariota està subdividida en compartiments envoltats per una
membrana i que mantenen la seva pròpia estructura i funció. Cada
compartiment o orgànul té:
- Enzims propis.
- Molècules especialitzades.
- Sistema de distribució que transporta els compostos d’un orgànul a
l’altre.
Les proteïnes tenen un paper molt important a la compartimentalització, ja que:
- Catalitzen les reaccions de cada orgànul
- Són marcadors específics en la superfície que marquen el destí de
proteïnes i lípids a l’orgànul adequat.
- Són sintetitzades al citosol i són transportades allà on són necessitades.
- S’encarreguen del transport selectiu de dins i fora del compartiment. La
bicapa lipídica dels orgànuls de membrana és impermeable a la majoria
de les molècules hidrofíliques; així, cada membrana ha de tenir
proteïnes transportadores que s’encarreguin de l’entrada i sortida de
metabòlits.
1. COMPARTIMENTS MÉS IMPORTANTS COMUNS A TOTES LES
CÈL!LULES EUCARIOTES
- Nucli: conté el genoma principal i es produeix la síntesi d’ADN i ARN.
- Citoplasma: format pel citosol i els orgànuls suspesos en ell.
- Citosol: es produeix la síntesi de proteïnes i és on es desenvolupen la
majoria de reaccions del metabolisme cel·lular (síntesi i degradació de
molècules).
- Reticle endoplasmàtic (ER) (llis i rugós): (fàbrica de la cèl·lula)
presenta molts ribosomes units a la seva superfície citoplasmàtica, els
quals sintetitzen proteïnes integrals de membrana i proteïnes solubles
destinades a ser segregades o a ser transportades a altres orgànuls.
Produeix també lípids i emmagatzema Ca 2+ .
21

- Aparell de Golgi: conjunt de compartiments organitzats en forma de
sacs discoïdals (forma de disc) anomenats cisternes de Golgi. Rep
proteïnes i lípids del RE i les distribueix cap a diferents destins
intracel·lulars, generalment modificant-les (maduren aquí) també.
- Mitocondris: respiració cel·lular i generació d’ATP.
- Lisosomes: tenen enzims digestius que degraden orgànuls morts i
molècules captades per endocitosi.
- Endosomes: compartiments per on passen les partícules endocitades
abans d’entrar als lisosomes.
- Peroxisomes: petits compartiments vesicualrs que contenen enzims de
diverses reaccions.
En la majoria de les cèl·lules,
l’aparell de Golgi és pròxim al nucli
mentre que el ER s’exten a partir
del nucli per tot el citosol. L’interior
dels orgànuls es comuniquen entre
si i amb l’exterior de la cèl·lula
mitjançant la via de vesícules de
transport que apareixen per
gemmació d’un orgànul i es
fusionen amb un altre.
Els orgànuls limitats per membrana no estan distribuïts a l’atzar, sinó que
adopten unes posicions estratègiques i específiques.
Quan la cèl·lula es reprodueix per divisió, ha de duplicar els seus
compartiments intracel·lulars. Generalment, les cèl·lules duen a terme aquest
procediment augmentant la mida dels seus orgànuls ja existents i incorporant
noves molècules en ells; els orgànuls ja augmentats es divideixen i es
distribueixen entre les dues cèl·lules filles. Cada cèl·lula filla hereta de la cèl·lula
mare un joc complet de membranes cel·lulars. Aquesta herència és essencial
perquè la cèl·lula no pot formar les membranes de nou.
2. LES PROTEÏNES PODEN DESPLAÇAR-SE ENTRE
COMPARTIMENTS DE DIVERSES MANERES
Totes les proteïnes comencen a ser
sintetitzades als ribosomes en el citosol. El
seu destí següent depèn de la seva
seqüència d’aminoàcids, que pot presentar
senyals de classificació que proporcionen
diferents destins específics per a les
proteïnes, fora del citosol. Moltes proteïnes
no tenen aquests senyals, així que han de
restar al citosol. Altres tenen senyals de
“sorting” que les dirigeixen en el seu
repartiment al nucli, al RE, al mitocondri, als
cloroplasts o als peroxisomes.
22

Hi ha 3 sistemes fonamentals diferents mitjançant els quals les proteïnes es
desplacen des d’un compartiment a l’altre.
1) Transport regulat o de comporta (gated transport): es dóna entre el
citolsol i el nucli a través dels porus nuclears que funcionen com a
comportes selectives que permeten activar el transport específic de
macromolècules, encara que també està permesa la difusió de petites
molècules.
2) Transport transmembrana: Les proteïnes que estan al citosol per
entrar als compartiments hauran de traspassar les seves membranes,
per això necessiten mecanismes específics (translocadors proteïcs units
a la membrana) que dirigeixen el transport específic de proteïnes.
3) Transport vesicular: les vesícules de
transport carreguen proteïnes des d’un
compartiment a l’altre. A mesura que la
membrana d’un compartiment produeix
vesícules per gemmació, aquestes
vesícules capten molècules del lumen del
compartiment. Després del transport i la
fusió amb la membrana de l’altre
compartiment, aquestes vesícules
descarreguen el seu carregament en
l’interior d’aquest altre compartiment.
Cada un d’aquests mecanismes de transport és dirigit per senyals de
sorting continguts a les seqüències aminoàcides de les proteïnes, que són
reconeguts per receptors complementaris de la proteïna al orgànul.
El viatge de les proteïnes comença amb la seva síntesi als ribosomes i
finalitza quan s’ha arribat al destí final. A cada estació intermitja (boxes) es
decideix si la proteïna és retinguda o transporta.
Hi ha dos tipus de senyals de sorting a les proteïnes:
A- Seqüències senyal. És un tram continuu de la seqüència
d’aminoàcids que normalment trobem a un dels extrems, generalment a
l’amino. Aquest senyal acostuma a ser eliminat per una proteïna peptidasa
especialitzada un cop el procés de sorting ha finalitzat.
23

B- Dominis senyal: Es pot formar una regió senyal mitjançant la
juxtaposició d’aminoàcids procedents de regions que es trobaven físicament
separades abans que aquesta es plegués. Són una col·locació específica i
tridimensional dels àtoms al llarg de la superfície de la proteïna. Els residus
d’aminoàcids que comprenen aquest domini senyal poden estar separats els
uns dels altres a la seqüència aminoàcida i resten a l’extrem final de la
proteïna. Aquests dominis només es poden observar quan la proteïna adopta
una configuració tridimensional que pot ser reconeguda per altres molècules.
(ex. manosa-6-fosfat)
Per entrar als orgànuls, les vesícules necessiten ser molt hidrofòbiques.
Aquesta és la raó per què la majoria de seqüències senyal són molt
hidrofòbiques (ex. Leucina i lisina són aminoàcids molt comuns i molt
hidrofòbics).
En el citosol quan es comença a sintetitza la proteïna es fan dues coses:
- si té seqüència senyal anirà al reticle endoplasmàtic
- si no té seqüència senyal no podrà entrar al reticle endoplasmàtic.
24

TEMA 7: ESTRUCTURES DE LES MEMBRANES
Les membranes cel·lulars són essencials per a la vida cel·lular. La
membrana plasmàtica envolta la cèl·lula definint la seva extensió i mantenint
les diferències entre el contingut de la cèl·lula i el seu entorn. Les membranes
del ER, aparell de Golgi, mitocondris i altres orgànuls delimitats per membrana
mantenen les diferències característiques entre els continguts de cada orgànul i
el citosol. La membrana conté també proteïnes que actuen com sensors de
senyals externs.
Les bicapes lípidiques són altament
impermeables a la majoria de molècules
polars. No obstant, qualsevol molècula
acabarà penetrant la bicapa lipídica lliure de
proteïna amb temps suficient. La velocitat amb
què es produeix la difusió depén del tamany
de la molècula i de la solubilitat en lípids. Com
més petita i més hidrofòbica o apolar, millor i
més ràpidament es difon en la bicapa. Les
bicapes lipídiques són altament impermeables
a ions malgrat el seu tamany ja que la seva
càrrega i el grau d’hidratació eviten la
penetració. Algunes molècules entraran,
doncs, per transport passiu o difusió facilitada a favor de gradient electroquímic
sense despesa d’ATP, mentre que d’altres entraran per transport actiu amb
consum d’ATP gràcies a les anomenades bombes.
Les membranes estan formades per lípids, proteïnes i carbohidrats i són
estructures dinàmiques, ja que la majoria de les seves molècules són capaces
de desplaçar-se en el pla de la membrana. A més a més, la bicapa és
asimètrica, diferenciant-se una cara externa i una cara citosòlica o
protoplasmàtica. Cada cara té una composició i una càrrega diferent i, per tant,
cada una tindrà unes funcions específiques. L’any 1972, Singer i Nicolson van
proposar el model del mosaic fluid, basant-se en aquest dinamisme.
1. LA MEMBRANA PLASMÀTICA
La membrana plasmàtica és la membrana que envolta totes les cèl·lules,
definit la seva extensió i mantenint les diferències essencials entre el contingut
de la cèl·lula i el seu entorn.
No és una membrana uniforme, de tant en tant es veuen uns dominis
d’uns 70nm de diàmetre anomenats Rafts, que tenen una composició i unes
funcions diferents a les de la resta de la membrana. Aquests rafts són més
amples degut a que la seva composició lipídica és diferent. Tenen més
colesterol i una concentració d’esfingolípids més elevada. Són rígids i no
permeten els moviments de les molècules fàcilment. A més hi ha una
disminució de la permeabilitat. La seva existència és molt important perquè són
regions que concentren moltes proteïnes receptores de senyals externes.
25

També s’hi troben molècules com el Ras (oncogènica, regulada per
caveolina que fa que estigui inactiva, en estat actiu es troba en molts càncers) i
proteïnes que s’han de transportar a altres membranes cel·lulars. Restringeixen
també les interaccions de les proteïnes de la membrana amb molècules
extracel·lulars i, en canvi, potencien les interaccions amb el citoesquelet. El
microdominis (Rafts) es classifiquen per si tenen caveolina o no, en caveolars o
no caveolars.
Els caveolars formen part d’una invaginació recorberta de caveolina, en
canvi els no caveolars tenen la superfície plana. Els rafts tenen molta
importància degut a que s’ha descobert que són els anclatges per l’entrada del
virus de la SIDA o de la toxina del Còlera.
La claveolina té dominis transmembrana amb molta afinitat pel
colesterol. S’encarrega de la regulació del transport de colesterol, té la
capacitat d’unir moltes proteïnes i intervé en la relaxació arterial.
2. ELS LÍPIDS DE LA MEMBRANA
Els lípids de membrana són molècules
amfipàtiques (tenen un extrem hidrofílic i un
extrem hidrofòbic) que formen bicapes. Les
molècules lipídiques són insolubles en aigua però
es dissolen fàcilment en dissolvents orgànics.
2.1. Fosfolípids
Els lípids més abundants de les
membranes són els fosfolípids. Els
fosfolípids tenen un cap polar i dues
cadenes hidrofòbiques (àcids grassos).
Normalment una de les dues cues presenta
un o més dobles enllaços (cadena
insaturada) i l’altra normalment no té dobles
enllaços (cadena saturada).
26
LÍPIDS DE
MEMBRANA
FOSFOLÍPIDS COLESTEROL GLUCOLÍPIDS

La membrana plasmàtica no és homogènia, hi ha subdominis. Els
dominis ordenats (fosfolípids sense insaturacions en ela seus àcids grassos) i
dominis desordenats (àcids grassos amb insaturacions).
Els fosfolípids es mouen en la membrana plasmàtica. Hi distingim la
difusió lateral, la difusió translocacional i la difusio rotacional, que són
espontànies, i la difusió transmembranal (flip-flop), que és molt lenta
TIPUS MOVIMENT LÍPIDS
DIFUSIÓ LATERAL
Els fosfolípids són sintetitzats només en una de els monocapes de la
membrana, normalment en la monocapa citosòlica del ER.
Si cap d’aquestes molècules recentment formades pogués migrar capa l’altra
meitat de la bicapa lípidica no es podria formar més bicapa. Per a solucionar
aquest problema hi ha un enzim translocador de fosfolípids encarregat de
catalitzar un ràpid flip-flop de fosfolípids específics des de la monocapa on han
estat sintetitzats fins a la monocapa oposada.
Hi ha quatre grups bàsics de
fosfolípids: la fosfatidiletanolamina, la
fosfaditil serina (carregada
negativament), la fosfatidilcolina i
l’esfingomielina. També existeixen els
fosfolípids d’inositol que són
funcionalment importants, però es
troben en quantitats petites.
2.2. Colesterol
DIFUSIÓ TRANSLOCACIONAL
DIFUSIÓ ROTACIONAL
DIFUSIÓ TRANSMEMBRANAL
La fluïdesa de les membranes cel·lulars és molt important ja que alguns
processos de transport i algunes activitats enzimàtiques poden aturar-se quan
la viscositat de la bicapa augmenta.
La fluïdesa d’una capa lípidica depèn de:
- La seva composició, més lípids insatutrats més fluïdesa.
- La seva temperatura, a temperatures més baixes més fluïdesa
- La longitud de les cadenes dels fosfolípids: més curtes, més fluïdesa (les
cues hidrocarbonades disminueixen les seves interaccions).
27

28
Però, una bicapa lipídica conté
no només fosfolípids i glucolípids, sinó
també quantitats elevades de
colesterol. Les molècules de
colesterol reforcen el caràcter
permeable de la bicapa lipídica (més
colesterol més fluïdes) i donen més
estabilitat mecànica a la bicapa.
Els seus grups hidroxil s’orienten pròxims als caps polars dels
fosfolípids, els seus anells esteroides interactuen i inmmobilitzen les regions de
les cadenes hidrocarbonades (àcids grassos) més pròxims als caps polars,
deixant la resta de la cadena més flexible. En disminuir la mobilitat dels primers
CH2 dels àcids grassos, el colesterol fa més rígida la bicapa lipídica en aquesta
regió però la resta és més flexible. A més, disminueix la permeabilitat de la
bicapa i facilita els canvis en la forma de la membrana que requereixen que les
dues cares de la bicapa es retreguin o s’estenguin. També impedeix que les
cadenes hidrocarbonades s’ajuntin i cristal·litzin, inhibint possibles canvis
d’estat.
3. PROTEÏNES DE MEMBRANA
L’estructura bàsica de les membranes està determinada per la bicapa
lipídica, però la majoria de les seves funcions específiques estan
desenvolupades per proteïnes.
Les proteïnes de membrana poden estar associades a la bicapa lípidica
de diverses maneres:
• Moltes proteïnes de membrana atravessen la bicapa lipídica, són les
anomenades proteïnes transmembrana. Són amfipàtiques, tenen
regions hidrofòbiques i hidrofíliques. Les regions hidrofòbiques es situen
a l’interior de la membrana i es relacionen amb les molècules lipídiques
de l’interior de la bicapa. Les regions hidrofíliques es troben exposades
al medi aquós d’ambdós costats de la membrana. Una proteïna
transmembrana (hèlix !) travessa la membrana un o més cops, pot
formar canals (hèlix #) o estructures hair pin. (1, 2, 3 i 4)

• Proteïnes integrals d’origen citosòlic. Estan ancorades a la bicapa per
la cara citoplasmàtica a través de la unió covalent amb una cadena
d’àcid gras modificat amb un grup prenyl o a través una hèlix !
amfipàtica exposada en la superfície de la proteïna.
• Proteïnes integrals que posseixen un ancoratge GPI
(glicosilfosfatidilinositol) amb la cara no citoplasmàtica. La proteïna està
unida per unió covalent a la bicapa per una unió covalent via un
oligosàcarid específic. Aquesta modificació GPI és un senyal que indica
a la proteïna on s’ha de dirigir en la cèl·lula, influint en la seva funció.
• Proteïnes perifèriques: estan associades a la membrana sense ocupar
el seu interior hidrofòbic, ja que estan unides a una de les dues cares de
la bicapa (a la citosòlica o a la extracel·lular) mitjançant interaccions no
covalents amb altres proteïnes de membrana.
Les proteïnes no es distribueixen uniformement, hi ha proteïnes amb
afinitat pels dominis ordenats i d’altres pels desordenats, per exemple les
proteïnes GPI tenen afinitat pels dominis ordenats als quals es poden unir tot i
no tenir domini hidrofòbic gràcies al grup GPI al que estan associats. Les
proteïnes transmembrana, en canvi, si que tenen dominis hidrofòbics rics en
leusina. Si en aquests dominis hidrofòbics apareix una prolina es produeix una
torsió que fa que la proteïna torni a entrar en la bicapa i la torni a travesar.
En les imatges següents, la primera representa en verd fosc els dominis
hidrofòbics (valors positius) i en verd clar els dominis hidrofílics (valors
negatius) i la segona imatge és un exemple d’un domini transmembrana.
4. LA SUPERFÍCIE CEL!LULAR ESTÀ COBERTA AMB RESIDUS DE
SUCRE
En la superfície de totes les membranes plasmàtiques hi ha glucolípids.
Les proteïnes de membrana tampoc acostumen a sobresortir despullades a
l’exterior cel·lular sinó que són cobertes per carbohidrats. Aquests carbohidrats
es troben en forma d’oligosacàrdids units covalentment a les proteïnes de
membrana (glucoproteïnes) i a lípids (glucolípids).
També hi ha proteoglicans integrals de membrana, que són llargues
cadenes de polisacàrids unides covalentment a un nucli proteïc que s’extén a
través de la la llarga bicapa lipídica mitjançant un glucosilfosfatidilinositol (GPI).
29

Els grups de sucre són afegits a les proteïnes (comença al reticle
endoplasmàtic) o als lípids en l’aparell de Golgi. Els glúcids, independentment
a què estiguin associats, se situen a la cara externa de la membrana
plasmàtica, al lumen, mai capa al citosol.
Els set glúcids que podem trobar formant
part de proteïnes i lípids són: manosa,
galactosa, N-acetilgalactosamina, glucosa, Nacetilglucosamina,
fucosa i àcid siàlic. I no tots
els aminoàcids poden ser glucosilat, només la
serina, la treonina i l’àcid aspàrtic.
30
La coberta cel·lular o
glucocàlix és la zona de la
superfície cel·lular rica en hidrats
de carboni. Aquesta està formada
per cadenes d’oligosacàrids dels
glucolípids i de les glucoproteïnes
integrals de membrana. El
glicocàlix és el responsable de
protegir la cèl·lula de possibles
atacs i d’actuar en processos de
reconeixement cel·lular (ex.
sucres de l’òvul són reconegudes
per l’espermatozou).
Els glucolípids són molècules molt
importants per l’organisme. Un exemple és que
en el cas de la seva pèrdua en resulten greus
malalties, com és el cas de l’Alzheimer que és
degut a la pèrdua dels glucolípids de les
neureones.
Els glucolípids tenen diverses funcions essencials:
- Els que tenen càrrega tenen una importància fonamental gràcies als
seus efectes elèctrics: la seva presència altera el camp elèctric a través
de la membrana i la concentració d’ions en la superfície externa.
- Realitzen un paper important en l’aïllament elèctric, ja que es troben en
gran quantitat en la meitat no citoplasmàtica de la bicapa de la
membrana mielínica, que aïlla elèctricament els axons de les cèl·lules
nervioses.
- Realitzen funcions de reconeixement cel·lular.
Procés de rolling: amb aquest procés les citotoxines avisen a les
cèl·lules endotelials per a que segreguin una proteïna transmembrana
implicada en el reconeixement dels carbohidrats dels neutròfils, els quals
quedaran ancorats a les cèl·lules endotelials i s’aniran desplaçant rodant
cap al lloc de la infecció, on seran capturats per proteïnes integrines i
expulsats cap al lloc infectat.

La membrana plasmàtica és troba unida al citoesquelet. El citoesquelet
és ric en filaments d’actina que s’uneixen a la bicapa lípidica.
5. DOMINIS DE MEMBRANA
Moltes cèl·lules tenen sistemes que els permeten limitar les seves
proteïnes de membrana en dominis específics de la bicapa lipídica. Es creu que
la separació de proteïnes i lípids es manté per les barreres formades per un
tipus d’unions intercel·lulars.
Les proteïnes poden moure’s en el seu domini però no poden entrar en
un altre degut a la unió cel·lular anomenada unió estreta. Així, les molècules
lipídiques de la membrana apical (té proteïnes GPI) no poden anar a la
membrana basal de la cèl·lula.
Però, apart de les unions estretes existeixen més restriccions dels
moviments de proteïnes per la membrana, degudes a:
- La formació d’agregats de proteïnes, adquirint més pes i volum.
- La unió de proteïnes de membrana amb components de la matriu
extracel·lular
- La unió de proteïnes de membrana al citoesquelet.
No obstant, existeixen dos tipus de moviments demostrats de les
proteïnes: la difusió lateral i la rotació, on les proteïnes giren al voltant d’un eix
aproximadament perpendicular al pla de la bicapa.
TEMES 8 I 9: RETICLE ENDOPLASMÀTIC I MAQUINÀRIA BIOSINTÈTICA
RETICLE RUGÓS
31

Els cicles de gemmació i fusió permeten que qualsevol orgànul es
comuniqui amb qualsevol altre i l’exterior cel·lular. Les fletxes blaves indiquen la
direcció de sortida del tràfic de vesícules des del ER fins al complex de Golgi i
la membrana plasmàtica (o lisosomes).
Totes les cèl·lules eucariotes tenen un reticle endoplasmàtic, la
membrana del qual constitueix normalment més de la meitat del total de la
membrana de la cèl·lula. Està organitzat en forma d’una xarxa laberíntica de
túbuls ramificats i de sàculs aplanats interconnectats amb el nuclis i que
s’estenen per tot el citoplasma. El lumen del RE queda amb contacte amb
l’espai perinuclear (espai entre la membrana nuclear externa i la interna).
La membrana del reticle està constituïda bàsicament per una doble capa
de fosfolípids amb proteïnes inserides. A més, hi ha petites quantitats de
colesterol, esfingomielina, glicolípids i glicoproteïnes.
La seva membrana del RE és el lloc de producció de totes les proteïnes
transmembrana, de les proteïnes que han de ser secretades i lípids de la
majoria dels orgànuls cel·lular (el mateix ER, aparell de Golgi, lisosomes,
endosomes...). Totes les proteïnes són inicialment transportades al RE.
Algunes de les proteïnes transmembrana produïdes al RE s’hi queden, però
moltes altres estan destinades a altres orgànuls (hidrosolubles) o a la
membrana plasmàtica. Totes aquestes proteïnes, independentment del seu
destí, són dirigides a la membrana del ER. La cèl·lula tindrà un volum de reticle
endoplasmàtic més o menys grans en funció del seu poder transcripcional (molt
poder transcripcional voldrà dir molta síntesi de proteïnes, per tant, molt RE).
Hi ha dos tipus de reticle endoplasmàtic: el RE llis i el RE rugós, aquest
últim té enganxats a la seva membrana ribosomes.
1. EL RETICLE ENDOPLASMÀTIC LLIS. FUNCIONS.
Les regions del ER que no tenen ribosomes units es denominen reticle
endoplasmàtic llis. Les seves cavitats tenen una estructura més tubular i no
presenten ribosomes enganxats.
Dins d’aquestes cavitats i a nivell de membrana trobem enzims
responsables de la síntesi dels lípids, i els enzims implicats en els processos de
detoxificació de substàncies liposolubles.
32

En una gran majoria de les cèl·lules, L’ER llis és escàs i només existeix
una petita regió del ER que és parcialment llisa i rugosa que s’anomena reticle
endoplasmàtic de transició (o elements transicionals), i representen una
regió especialitzada del reticle endoplasmàtic a partir de la qual es formen les
vesícules portadores de lípids i proteïnes, molècules recentment sintetitzades
que van a l’aparell de Golgi.
Malgrat això, hi ha cèl·lules especialitzades en que aquest tipus de
reticle és molt abundant. En:
- Cèl·lules musculars, on s’anomena reticle sarcoplasmàtic, i
s’encarrega de segrestar Ca 2+ del citosol per afavorir la contracció
muscular.
- Cèl·lules de Leydig, encarregades en la síntesi d’hormones esteroïdees
derivades del colesterol.
- Cèl·lules hepàtiques, ja que l’RE llis conté els enzims responsables de la
detoxificació de drogues, alcohols i altres compostes liposolubles.
Així, doncs, les funcions del reticle endoplasmàtic llis són:
- Metabolisme dels lípids: Els fosfolípids i el colesterol es sintetitzen en
les membranes del reticle endoplasmàtic llis. Excepte els àcids grassos i
dos tipus de fosfolípids mitocondrials, la resta de lípids produïts a la
cèl·lula se sintetitzen aquí. El fosfolípid més important és la
fosfatidilcolina format a partir de dos àcids grassos, un glicerol, un fosfat
i una colina. Al reticle hi ha d’haver algun mecanisme que generi
moviments de les molècules lipídiques, ja que aquestes han d’anar fins
la cara del lumen a la cara citoplasmàtica (flip-flop de fosfolípids)
perquè passi a membranes d’altres orgànuls mitjançant la vesiculació.
Es creu que la responsable és una proteïna específica translocadora de
fosfolípids (flipases).
Formació de la fosfatidilcolina
33

- Síntesi i producció de lipoproteïnes.
- Emmagatzemar intracel!lularment Ca 2+
- Síntesi d’hormones esteroïdees.
- Funció de detoxificació: En la detoxificació, els compostos pateixen
una alteració metabòlica que els fa més hidrosolubles. D’aquesta
manera són més fàcilment excretables pels ronyons o per l’intestí o de
ser degradats pels lisosomes. Això s’aconsegueix mitjançant la
hidroxilació de compostos aromàtics i alifàtics i la conjugació d’aquests
derivats hidroxilats amb àcid glucurònic, sulfat, glicina o taurina. És un
procés que permet transformar substàncies insolubles en aigua i que
d’acumular-se a la membrana ocasionarien greus perjudicis a la cèl·lula.
Gràcies a enzims com el citocrom p450 es catalitzen aquestes reaccions
de detoxificació.
2. RETICLE ENDOPLASMÀTIC RUGÓS
Aquest reticle està organitzat en piles de sacs aplanat, anomenats
sàculs, que pel cantó citoplasmàtic estan recoberts per ribosomes distribuïts
asimètricament. Aquesta diferència en la distribució entre els dos cantons del
reticle (citoplasmàtic i luminar) és imprescindible per a les funcions de
biosíntesi. Com ja hem dit, la membrana d’aquest reticle és una continuació de
la membrana nuclear externa que també està entapissada per ribosomes.
Els ribosomes es mantenen sobre la membrana a través de les cadenes
polipeptídiques en creixement, que travessen la membrana a mesura que són
sintetitzades. A més, hi ha zones d’unió especials entre els ribosomes i la
membrana. El punt d’unió del ribosoma es troba a la subunitat major i s’uneix a
dues glicoproteïnes específiques del reticle, denominades riboforines.
Trobem RE rugós a totes les cèl·lules nucleosades, excepte en els
espermatozous, i és molt abundant a les cèl·lules especialitzades en la secreció
de proteïnes (cèl·lules acinars pancreàtiques, cèl·lules secretores
d’anticossos...).
Les funcions del reticle endoplasmàtic rugós són:
- Síntesi proteica. Es sintetitzen:
" Totes les proteïnes de secreció que seran exportades
" Totes les proteïnes de membrana, incloent-hi les seves pròpies.
" Les proteïnes dels mitocondris i els cloroplasts.
" Algunes proteïnes dels peroxisomes.
- Funcions de transport de les substàncies recentment sintetitzades
- Emmagatzemar substàncies recentment sintetitzades, que en un
primer moment són emmagatzemades i, posteriorment, seran
transportades.
- Control de qualitat. Procés post-traduccional perquè les proteïnes
surtin del reticle.
34

3. LA MAQUINÀRIA BIOSINTÈTICA DEL RETICLE ENDOPLASMÀTIC
RUGÓS
Per tal de què comenci la síntesi de proteïnes es necessita que l’RNAm,
sintetitzat al nucli s’associï als ribosomes, començant la traducció, que pot tenir
lloc:
- Al citosol, en els ribosomes lliures que sintetitzen les proteïnes
citosòliques. Quan la proteïna està totalment traduïda és transportada
cap al seu lloc de funcionament. Aquest procés és el que s’anomena
síntesi post-traduccional.
- Al RE rugós, la cara citosòlica hi estan adherits els ribosomes units a la
membrana. Es sintetitzen proteïnes de secreció i de membrana. Les
proteïnes mateix temps que es tradueixen van entrant en el reticle.
Aquest procés s’anomena síntesi contraduccional.
Els ribosomes units a la membrana i els ribosomes liures són estructural
i funcionalment idèntics, només es diferencien en les proteïnes que sintetitzen.
Quan un ribosoma comença a fabricar una proteïna amb un pèptid senyal per
la unió amb la membrana del ER, la mateixa senyal dirigeix el ribosoma a la
membrana del ER. Com molts ribosomes poden unir-se a una mateixa
molècula d’ARNm, es forma un poliribosoma. Si una molècula d’ARNm
codifica una proteïna que no té pèptid senyal per al ER, el poliribosoma roman
al citosol lliure o la proteïna producte és alliberada en el propi citosol. Així,
només s’uneixen a les membranes rugoses del ER els ribosomes units a les
molècules d’ARNm que codifiquen proteïnes que tenen un pèptid senyal.
35

Aquest senyal pèptid no només dirigeix les proteïnes cap al reticle, sinó
que depèn del tipus de senyal la proteïna serà dirigida a altres orgànuls. La
hipòtesi de la senyal diu que la seqüència líder actua de pèptid senyal dirigint
la proteïna de secreció fins la membrana del RE rugós. Un cop a la membrana,
i abans que la cadena polipeptídica estigui completa, el pèptid és hidrolitzat per
una peptidasa de senyal de la membrana de RE rugós. La sequüència senyal,
que només serveix per entrar al reticle endoplasmàtic, acostuma a ser
hidrofòbica.
Una partícula de reconeixement de senyal SRP (Signal Recognition
Particle) dirigeix el pèptid senyal per al RE a un receptor específic de la
membrana del RE. El pèptid senyal és dirigit a la membrana del ER per dos
components com a mínim:
- Una partícula de reconeixement de la senyal (SRP) que s’uneix al
pèptid senyal i al ribosoma, consumint energia GTP mentre viatja entre
la membrana i el citosol.
- Un receptor SRP, una proteïna integral de la membrana del reticle que
es troba a la seva superfície citosòlica.
A mesura que el pèptid va emergent del ribosoma, la SRP es va unint al
pèptid senyal. Això provoca una pausa en la síntesi proteica per poder donar al
ribosoma temps suficient per a unir-se a la membrana del ER abans que es
completi la síntesi de la cadena polipeptídica assegurant així que no és
alliberada al citosol. La SRP és alliberada deixant el ribosoma sobre la
membrana del ER. Llavors, un aparell de translocació (o translocon, gràcies
al qual la proteïna entra al lumen) de la membrana del ER format per diverses
subunitats proteiques inserta la cadena polipeptídica en la membrana i la
transfereix a través de la bicapa lipídica.
Mecanisme cotraduccional (mentre es sintetitza)
36

La proteïna també pot entrar un cop ja formada, no sempre entrarà
mentre s’esta produint la seva síntesi, d’aquest mecanisme se’n diu síntesi
post-traduccional.
37
Sec 62, 63, 71, 73 complex:
ajuden a entrar a la proteïna un
cop ja està formada.
Sec 61 complex: el que
anomenem translocador (porus)
BiP: chaperona que ajuda a
plegar la proteïna, requereix
consum d’ATP
El porus del translocador està tapat amb la cadena polípeptídica que es
troba en trànsit a través de la membrana. Permet el pas d’una cadena
desplegada i es tanca quan el ribosoma és eliminat de la membrana. Així, el
porus sembla ser una estructura dinàmica, obrint-se pas quan un ribosoma
amb una cadena polipeptídica s’uneix a la membrana i tancant-se quan el
ribosoma s’allibera després que la síntesi de la proteïna hagi acabat.
Per les proteïnes de secreció, la seqüencia senyal, situada en l’extrem
amino terminal, té dues funcions:
- Dirigir el pèptid senyal a la membrana del RE
- Actuar com a senyal d’inici de transferència, romanent unint al
translocon, mentre que la resta de la proteïna va travessant la
membrana formant un gran bucle a la llum del RE. Una vegada l’extrem
carboxil hagi travessat la membrana, hi ha un aminoàcid de la proteïna
que reconeix una peptidasa, que hidrolitza el pèptid senyal i allibera la
proteïna de la membrana deixant-la lliure al lumen. Després, la mateixa
peptidasa s’encarrega de degradar el pèptid senyal.

En les proteïnes transmembrana d’un únic pas, un pèptid senyal intern
roman en la bicapa lipídica. El procés de translocació de les proteïnes
destinades a romandre en la membrana és més complex que el de les
proteïnes solubles ja que algunes zones de la cadena polipeptídica són
translocades a través de la bicapa lipídica mentre que les altres no ho són.
Un pèptid senyal amino terminal inicia la translocació igual que per a una
proteïna soluble, però un segment addicional hidrofòbic de la cadena frena el
procés de la transferència abans que tota la cadena polipeptídica s’hagi
translocat. Aquest pèptid de parada de transferència atura la proteïna en la
membrana després que el pèptid senyal del ER s’hagi eliminat. El pèptid d’atur
de transferència forma un únic segment ! helicoïdal que travessa la membrana,
amb l’extrem amino terminal de la proteïna en la cara llum de la membrana i
l’extrem carboxil en la cara citosòlica.
Però, també hi ha proteïnes transmembrana que travessen la membrana
més d’un cop. Aquestes proteïnes, proteïnes multipas, necessiten una
combinació de senyals d’inici i para de transferència determinada.
En les proteïnes transmembrana de multipàs, la cadena polipeptídica
travessa repetidament la bicapa lipídica. Un pèptid senyal intern com a senyal
d’inici de transferència inicia la translocació, la qual continua fins que es troba
un pèptid d’atur de transferència. La SRP busca els segments hidrofòbics de la
cadena polipeptídica desplegada començant pel seu extrem aminoterminal i va
progressant fins l’extrem carboxil terminal, en la mateixa direcció en la que es
sintetitza la proteïna.
La SRP reconeix el primer segment apropiat i per tant fixa la pauta de
lectura: si s’ha iniciat la translocació el pròxim segment hidrofòbic serà
reconegut com un pèptid d’atur de transferència, cosa que originarà que la
regió de la cadena polipeptídica compresa entre ambdós segments hidrofòbics
quedi insertada a través de la membrana i així successivament.
38

Moltes proteïnes presents en la llum del ER estan només de pas, en
ruta cap a altres destins. Altres, les proteïnes residents del ER, presenten en
el sEU extrem carboxil terminal una senyal de retenció del ER que és
responsable que la proteïna quedi retinguda en el ER. Aquesta senyal de
residència està formada per 4 aminoàcids: KDEL (lisina, àcid aspàrtic, àcid
glutàmic i leucina). Algunes d’aquestes proteïnes actuen com a catalitzadors
que ajuden a altres moltes proteïnes que són translocades al ER a plegar-se i
ajuntar-se correctament.
3.1. La majoria de proteïnes sintetitzades en el RE rugós són
glucosilades
L’addició covalent de sucres a les proteïnes és una
de les principals funcions del ER. La majoria de
proteïnes solubles i unides a la membrana que són
fabricades en el llum del ER (incloent les destinades
a ser transportades al Golgi, lisosomes i espai
extracel·lular) són glicoproteïnes.
A la foto veiem l’estructura de l’oligosacàrid unit a
asparagina que és afegit a la majoria de els proteïnes
en la membrana del ER rugós. Els cinc residus de
sucre mostrats en el requadre gris formen la regió
central d’aquest oligosacàrid. En l’aparell de Golgi es
produeix una profunda reordenació i eliminació
d’aquests sucres i en moltes proteïnes només
sobreviuen a aquest procés aquests cinc residus.
39

La glucosilació d’una proteïna en el RE es
produeix gairebé immediatament després que
la cadena peptídica entri en la llum del RE. La
glucosilació és un pas més que ha de fer el RE
com a control de qualitat. Per poder sortir en
condicions i ser funcionals al seu destí final, les
proteïnes han de passar un control de qualitat:
han de passar unes modificacions posttraduccionals
que són:
- Glucosilació
- Plegament terciari, gràcies a la
glucosilació o a chaperones.
- Formació d’enllaços di-sulfur
- Proteolisi. Trencament de la seqüencia
senyal i a vegades d’altres parts.
- Oligamerització. Olígomer: proteïnes
formades per més d’una proteïna.
40
En el cas de glucosilació, a la
proteïna se li afegeixen sucres
perquè pugui interaccionar amb la
calnexina que és una chaperona
que s’engarrega de plegar el
polipèptid per que passi a ser una
proteïna.
Si, finalment, la proteïna surt del RE mal plegada, en el citosol serà
desglucosilada i marcada amb ubiquitina el que indicarà que s’ha de degradar.
Quan s’ubiquitinitzades les proteïnes són enviades als proteosomes que
s’encarreguen de degardar-les.
No obstant, existeix un sistema per controlar cúmuls de proteïnes mal
plegades.
- Les proteïnes mal plegades en el ER envien una senyal que estimula la
producció de més chaperones del ER, activant una quinasa
transmembrana.
- La quinasa activada assoleix activitat ribonucleasa.

- La endoribonucleasa talla molècules de RNAm específiques en dos
llocs, eliminant l’intron
- Els dos exons s’uneixen formant un RNAm actiu.
- El RNAm es tradueix creant una proteïna reguladora de l’expressió
gènica.
- La proteïna regulació d’expressió gènica entra en el nucli i activa els
gens que codifiquen chaperones del ER.
- Les chaperones es sintetitzen en el ER on ajuden a plegar les proteïnes.
Les proteïnes, un cop sintetitzades i ben formades, poden
desplaçar-se d’un compartiment a un altre mitjançant un
transport regulat (vermell), el transport transmembrana
(blau) o el transport vesicular (verd). Els senyals que
dirigeixen el camí d’una proteïna determinada a través del
sistema, determinant la seva localització definitiva en la
cèl·lula, estan contingudes en la seqüència d’aminoàcids
de la proteïna.
El viatge comença amb la síntesi d’una proteïna
sobre un ribosoma i acaba quan s’ha aconseguit el destí
final. En cada una de les estacions intermitges es pren
una decisió sobre si la proteïna serà retinguda en el
compartiment o bé continuarà el viatge. Tot i que en
principi es requereix un senyal determinat per retenir la
proteïna o no retenir-la, el transport vesicular de proteïnes
des del ER, a través de l’aparell de Golgi, fins la
superfície cel·lular sembla no necessitar cap senyal
específic. Els senyals de retenció específics es
necessiten per a retenir les proteïnes en el ER i en
l’aparell de Golgi.
41

Des de regions especialitzades del ER, emergeixen les vesícules
destinades a l’aparell de Golgi i transporten qualsevol proteïna des del ER a
l’aparell de Golgi. Existeix, però, un requeriment essencial perquè una proteïna
surti del ER: ha d’estar correctament plegada i formada. Les proteïnes que
no tenen la forma correcta o que són incomplertes són retenides i finalment
degradades. Així, la sortida des del ER pot ser considerada com un control de
qualitat.
Com ja hem dit, hi ha proteïnes sintentitzades pel ER que han de
romandre allà (ex. KDEL). Per això, hi ha un mecanisme utilitzat per retenir les
proteïnes residents en el ER. Les proteïnes residents en el ER que s’escapen
cap a la xarxa del cis Golgi són retornades al ER mitjançant el transport
vesicular. Un receptor de membrana en la xarxa cis Golgi capta les proteïnes i
les condueix, en vesícules de transport, cap el ER. Les condicions iòniques
presents en el ER separen les proteïnes del seu receptor, de manera que el
receptor retorna a la xarxa del cis Golgi per a ser reutilitzat.
3.2. Formació de proteïnes GPI a partir de proteïnes transmembrana
Algunes proteïnes de membrana canvien la
seva cua transmembra terminal carboxil per
un glucosilfosfatidilinositol (GPI) unit de
forma covalent. Aquesta unió es forma en la
llum del ER i afegeix a la proteïna un
anclatge de GPI que conté 2 àcids grassos.
En el mateix procés s’elimina el segment
transmembrana de les proteïnes. Un enzim
del ER retalla la proteïna, lliurant-la del seu
extrem carboxil terminal, que la unia a la
membrana, i simultàniament la uneix el nou
extrem carboxil terminal a un grup amino
d’un intermediari GPI. Amb aquest anclatge
lipídic al que s’uneix de forma covalent, la
proteïna roman unida a la membrana.
42

TEMA 10: L’APARELL DE GOLGI
L’aparell de Golgi és una estructura que es
troba a prop del nucli cel·lular i a prop del
centrosoma als animals. Quan la cèl·lula
entra en mitosi es disgrega. Està format per
un conjunt de cisternes (normalment 9 o
10) limitades per una membrana i de forma
aplanada i està polaritzat.
Cada conjunt de sis cisternes constitueix
una estructura anomenada dictiosoma.
El nombre de dictiosomes varia segons el tipus de cèl·lula i, si hi ha més d’un,
estan interconnectats. Associades a als dictiosomes trobem petites vesícules
agrupades a la cara contigua al reticle endoplasmàtic, i al llarg dels anells
dilatats de cada cisterna. Són vesícules de transport de proteïnes i de lípids
que van sent modificats. En una mateixa cèl·lula, hi pot haver més d’un
complex de Golgi que estan interconnectats.
Els dictiosomes del Golgi tenen dues cares diferents: cara cis (cara
d’entrada) i cara trans (cara de sortida). Ambdues cares estan connectades a
uns compartiments especials, formats per estructures tubulars i cisternes que
és la cara mitja on les proteïnes maduren i prenen les conformacions que els
proporcionaran les funcions. Les proteïnes i lípids entren per la cara cis en
vesícules de transport que provenen del ER i surten per la cara trans en
vesícules de transport amb destins diferents, exocitosis constitutiva (membrana
plasmàtica), exocitosis regulada (cap a membrana plasmàtica, però necessita
regulació), sistemes endosòmics (endosomes, lisosomes).
L’aparell de Golgi està polaritzat. Té cinc compartiments ordenats de la següent
manera i que realitzen diferents funcions:
- CGN (Cis Golgi Network): s’encarrega de la fosforilació dels oligosacàrids
dels enzims lisosomals, provinents del reticle. Des del Golgi, aquests enzims
aniran cap al lisosoma. Un altre funció del CGN és recuperar les proteïnes
KDEL que s’hagin escapat del RE. Està format per una xarxa d’estructures
tubulars i de cisternes.
- Cis: es dóna l’eliminació de manoses, gràcies a la manosidasa I que talla
residus de manosa. Està lligada amb una porció de transició del RE i les
seves membranes són semblants a les del RE, fines.
43

- Intermig: hi ha una eliminació de manoses i una addició de Nacetilglucosamina
(GLCNAC) gràcias a la N-ascetilglucosamina
transferasa I, cosa que permet que la manosidasa II elimini dos residus
més de manosa.
- Trans: es produeix l’addició de galactosa. Les seves membranes
s’assemblen a la membrana plasmàtica, són gruixudes.
- TGN (Trans Golgi Network): s’afegeix àcid siàlic i es dóna el sorting. La
classificació i distribució de les proteïnes en vesícules que les transportaran
als seus destins finals: lisosomes (via endosomes tardans), superfície
cel·lular (secreció constitutiva) o vesícules secretores (secreció regulada).
Els dos últims destins són exocitosis on hi ha fusions de vesícules amb la
membrana plasmàtica. El TGN, com el CGN, està format per una xarxa
d’estructures tubulars i de cisternes.
Gràcies a aquests processos i al lleuger descens de PH (acidesa) que es produeix
al llarg del Golgi, la proteïna surt madura i amb la conformació necessària per
realitzar les funcions que li pertoquen.
1. TRANSPORT DES DEL ER A L’APARELL DE GOLGI
44
El transport des del ER a
l’aparell de Golgi i des d’aquest a
la superficie cel·lular o a
qualsevol altre lloc, mitjançant
vesícules. Aquestes vesícules
transfereixen les proteïnes d’una
membrana a l’altra o d’un llum a
l’altre mitjançant cicles de
gemmació i fusió.

La via que va des del ER, passant pel complex de Golgi, fins la
superfície cel·lular s’anomena via per defecte ja que les proteïnes no
necessiten presentar senyals per seguir-la: qualsevol proteïna que entri en el
ER (i es plegui correctament) serà transportada automàticament a través de
l’aparell de Golgi cap a la superfície cel·lular si no conté senyals que l’aturin en
algun compartiment de la ruta.
L’aparell de Golgi és un important punt de síntesi glucídica i un lloc de
classificació i distribució dels productes del ER. Molts dels polisacàrids
cel·lulars són sintetitzats aquí i constitueix una zona de pas dels productes del
ER de manera que una gran part dels glúcids que fabrica el Golgi s’uneixen
com cadenes d’oligosacàrids a les proteïnes i lípids que el ER li envia. Alguns
oligosacàrids actuen com senyals que dirigeixen determinades proteïnes cap
a vesícules que les enviaran a altres parts de la cèl·lula.
LES PROTEÏNES RESIDENTS EN EL ER SÓN SELECTIVAMENT
RECUPERADES DE LA XARXA DEL CIS GOLGI
Una proteïna ha d’estar correctament formada i plegada perquè pugui
sortir del ER. Les proteïnes que no tenen la conformació correcta o que estan
incompletes són retingudes o bé unides a la proteïna BIP (chaperona) o formen
agregats i finalment són degradades. La sortida de proteïnes és un control de
qualitat.
Les proteïnes ben plegades no necessiten cap senyal específic per ser
transportades fora del ER (segueixen la via per defecte) però aquelles que han
de quedar-se en el ER sí que necessiten un senyal. És el senyal KDEL. Aquest
senyal de retenció no és un ancoratge de les proteïnes residents en el llum del
ER sinó una recuperació selectiva després que hagin estat transportades en
vesícules i descarregades en la xarxa cis Golgi.
Un receptor de membrana específic uneix totes les proteïnes que
presenten el senyal de retenció i les empaqueta en vesícules de transport
especials que els torna al ER. Les condicions iòniques presents en el ER
separen les proteïnes del seu receptor, de manera que el receptor torna a la
xarxa del cis Golgi per ser reutilitzat.
Si es donés el cas que alguna partícula o receptor s’escapés serien
detectats per una altre proteïna de coberta (COP I) que forma una vesícula de
retorn al RE.
45

MOLTES PROTEÏNES I LÍPIDS SÓN TRANSPORTATS AUTOMÀTICAMENT
DES DEL ER I AL GOLGI A LA SUPERFÍCIE CEL·LULAR
En una cèl·lula capaç de realitzar secreció regulada, abans d’abandonar la
xarxa del trans Golgi s’han de separar com a mínim tres tipus de proteïnes: les
destinades a lisosomes (via endosomes tardans), les destinades a ser
descarregades immediatament en la superfície cel!lular i les destinades a les
vesícules de secreció. Les proteïnes destinades als lisosomes són
seleccionades per al seu empaquetament en vesícules de transport
específiques. La majoria de les altres proteïnes són transportades directament
a la superfície cel·lular mitjançant una ruta per defecte no selectiva. Si les
proteïnes del llum del ER no són específicament retingudes com residents del
ER o de l’aparell de Golgi o no són seleccionades per les rutes que porten a la
secreció regulada o als lisosomes, seran automàticament transportades a
través del Golgi fins a la superfíce cel·lular mitjançant la via secretora
constitutiva.
Els processos de classificació de proteïnes en la xarxa del trans Golgi:
- Les proteïnes marcades amb manosa-6-fosfat són dirigides cap als
lisosomes (via endosomes tardans) mitjançant vesícules de transport
recobertes de clatrina.
- Les proteïnes que contenen senyals que les dirigeixen cap a vesícules
de secreció són concentrades en grans vesícules recobertes de clatrina,
que ràpidament perden el seu recobriment transformat-se en vesícules
de secreció (un procés que únicament té lloc en cèl·lules secretores
especialitzades).
- Les proteïnes que no presenten característiques especials són
transportades cap a la superfície cel·lular per defecte a través de la ruta
de secreció constitutiva.
46

LES VESÍCULES DE SECRECIÓ EMERGEIXEN PER GEMMACIÓ DES DE
LA XARXA DEL TRANS GOLGI
Les cèl·lules que estan especialitzades en secretar alguns dels seus
productes en resposta a un senyal concreta, emmagatzemen aquests
productes en vesícules de secreció. Aquestes es formen per gemmació de
vesícules recobertes de clatrina, a partir de la xarxa del trans Golgi i alliberen el
contingut a l’exterior cel·lular. Aquestes vesícules contenen proteïnes de
membrana especials que poden actuar com a receptors unint el material
agregat en la xarxa del trans Golgi. Després que les vesícules de secreció
immadures sorgeixen de la xarxa del trans Golgi, la seva coberta de clatrina és
eliminada i el seu contingut es condensa.
47

TEMA 11: EXOCITOSIS
Les vesícules de transport destinades a la membrana plasmàtica
abandonen el trans Golgi seguint un flux constant. Les proteïnes de membrana
i els lípids d’aquestes vesícules aporten nous components a la membrana
plasmàtica, mentre que les proteïnes solubles de la vesícula són secretades a
l’espai extracel·lular.
La fusió de les vesícules
amb la membrana plasmàtica
és l’exocitosi (en aquest cas
és la ruta de secreció
constitutiva, perquè les
vesícules no necessiten cap
senyal per fusionar-se amb la
membrana plasmàtica).
Un altre tipus d’exocitosi
és la ruta de secreció
regulada, en la què les
proteïnes solubles i altres
substàncies s’emmagatzemen
primer en vesícules de secreció
i es secreten més tard. Aquesta
via es troba principalment en cèl·lules especialitzades en secretar ràpidament
productes (per exemple: les hormones). Per tant, sabem que hi ha tres
possibles vies que les proteïnes poden seguir (si no estan destinades a formar
part de cap orgànul):
- Via que segueixen proteïnes destinades a ser degradades (lisosomes,
tema 13).
- Via que destina les proteïnes a les vesícules de secreció per la secreció
regulada.
- Via que transporta les proteïnes i lípids automàticament a la superfície
extracel·lular (per defecte).
Existeix un procés, el Doking, que succeix quan les vesícules entren en
contacte amb la membrana, però no arriben a fusionar-se.
48

Les vesícules tindran diferents senyals de sorting segons on hagin d’anar a
parar:
- Clatrina: les molècules aniran a parar a la membrana plasmàtica o al
lisosoma.
Les cèl·lules especialitzades a secretar
ràpidament productes en resposta a una
senyal concentren aquests productes en
vesícules de secreció (grànuls de
secreció o vesícules de nucli dens), que
es formen per gemmació de vesícules
cobertes de clatrina i alliberen el contingut a
l’exterior cel·lular en resposta a la senyal
extracel·lular. El producte pot ser una
molècula petita o una proteïna. Les
proteïnes destinades a vesícules de
secreció s’empaqueten en vesícules al trans
Golgi i aquest mecanisme implica
l’agregació selectiva de proteïnes de
secreció. Quan les vesícules de secreció
abandonen el Golgi, la coberta de clatrina és eliminada i el contingut es
condensa molt a causa de l’acidificació del lumen de la vesícula, induïda
per una bomba d’H+. Com que les vesícules són tan denses, la cèl·lula
secretora allibera molt material per exocitosi quan és necessari.
- Caveolina: les regions del TGN on hi ha caveolina fan que les proteïnes
d’aquesta regió formin caveoles a la membrana plasmàtica.
- COP1: és una proteïna que es troba a una determinada regió del TGN i
que recobreix les vesícules que aniran cap a una regió específica del
Golgi o del RE.
[Moltes molècules secretades es sintetitzen com proteïnes precursores
inactives, a partir de les quals s’alliberen les molècules actives per proteòlisi.
Aquests polipèptids tenen, per exemple, una preseqüència que s’elimina abans
de la secreció formant-se així la proteïna madura (abans era una preproteïna
en la que la preseqüència és el pèptid senyal del ER que s’elimina al ER
rugós). També pot ser que comencin sent sintetitzades com a poliproteïnes
amb múltiples còpies de la mateixa seqüència aminoacídica.]
Una vegada carregada, la vesícula
secretora ha d’anar al lloc de secreció, on
ha d’esperar fins que la cèl·lula rebi el
senyal de secreció, Les vesícules utilitzen
proteïnes motores unides a la seva
superfície per a prpopulsar-se al llarg
dels microtúbuls axonals.
49

L’última etapa de la ruta secretora regulada és l’alliberació del producte
per exocitosi. La senyal de secreció és sovint un missatger químic que s’uneix
als receptors de la superfície cel·lular. L’activació d’aquests genera senyals
intracel·lulars (sovint, un increment de la concentració de calci al citosol). Es
dispara l’exocitosi i les vesícules de secreció s’uneixen a la membrana
plasmàtica i alliberen el seu contingut a l’espai extracel·lular.
L’exocitosi regulada es pot produir per tota la
superfície cel·lular (fig. A i B, a dalt) si es cultiven
cèl·lules secretores en un medi que contingui un
estimulant soluble, però normalment (en les cèl·lules
de l’organisme) no és una resposta generalitzada de
tota la cèl·lula sinó que queda restringida a la regió
on la cèl·lula està en contacte amb el lligand (a la
dreta).
Quan una vesícula secretora es fusiona amb la
membrana plasmàtica, la seva membrana passa a
formar-ne part. Perquè l’àrea de la membrana
plasmàtica no augmenti sense control, constantment
són eliminats de la superfície cel·lular components de
la membrana a través d’endocitosi, en un procés
igual de ràpid que l’addició d’aquests per exocitosi.
Aquests components que s’eliminen de la membrana
plasmàtica poden ser utilitzades de nou, per tant aquest és un procés de
reciclatge de membranes.
Les cèl·lules nervioses utilitzen un altre tipus de vesícules de secreció:
les vesícules sinàptiques (d’uns 50 nm de diàmetre), que emmagatzemen
neurotransmissors petits que s’utilitzen en les sinapsis químiques perquè dues
cèl·lules es comuniquin ràpidament. Aquestes són alliberades molt ràpid quan
arriba un potencial d’acció al terminal nerviós. Aquestes vesícules no es
generen a partir del Golgi sinó a partir dels endosomes, en el procés de
reciclatge local de la membrana plasmàtica.
50

Com que la majoria de les cèl·lules dels teixits estan polaritzades (i tenen
dos o més dominis de membrana als que s’hi dirigeixen les vesícules
secretores), es distingeixen dos tipus de membranes: l’apical, que dóna al
lumen, i la basolateral, que comprén la resta de la cèl·lula.
Els seus dominis són diferents: la regió apical està composta per glucolípids i
per les proteïnes de la membrana plasmàtica que estan unides a la bicapa
lipídica amb GPI (glucosilfosfatidilinositol). El senyal que fa que un cèl·lula sigui
apical o basal és una regió de proteïna GPI, que es troba en algunes.
Les proteïnes que estan destinades a cada una de les membranes hi poden
arribar de dues maneres:
- Directament des del Golgi
(sorting directe). Les
molècules destinades a la
membrana apical s’envien a
la membrana apical, i les
destinades a la basolateral
s’envien a la basolateral. (A)
- Indirectament (sorting
indirecte). El Golgi envia
totes les proteïnes de
membrana cap al mateix
domini (en el cas de la
imatge les envia totes a la
membrana basolateral), i
des d’allà les proteïnes
destinades a l’altra
membrana són enviades
cap allà via endosomes (en un procés que es diu transcitosi). (B)
51

6. SUBSTRATS DE LES CASPASES EFECTORES
Els substrats de les caspases efectores seran proteïnes clau per al
funcionament de la cèl·lula:
-Proteïnes de la làmina nuclear: ja que d’aquesta manera es trencarà
el nucli que la càl·lula necessita per a viure.
-Proteïnes del citoesquelet: ja que d’aquesta manera la càl·lula perdrà
la seua forma i es podrà trencar més fàcilment.
-ICAD inhibidor de la desoxiribonucleasa CAD: CAD és el que fa
tallar el DNA a trossets. Les caspases eliminen ICAD i així s’activa la
nucleasa que talla el DNA.
286