Exercicis: Els orgànuls cel·lulars

Associa cada orgànul amb la seva funció bàsica: mitocondri, cloroplast, ribosoma, aparell de Golgi, lisosoma, reticle endoplasmàtic, vacúol i nucli.

Indica quins orgànuls i estructures són característics de la cèl·lula vegetal i estan absents a l'animal, i quins comparteixen tots dos tipus de cèl·lula.

Classifica els orgànuls i estructures de la cèl·lula eucariota en dos grups: els delimitats per membrana i els que no en tenen. Posa almenys dos exemples de cada grup.

En un tall d'una cèl·lula eucariota animal es distingeixen sis orgànuls o estructures característics: 1) mitocondri, 2) reticle endoplasmàtic rugós, 3) aparell de Golgi, 4) lisosoma, 5) nucli i 6) centrosoma. Descriu en una frase la funció bàsica de cadascun d'ells.

Observa la imatge d'una cèl·lula eucariota vegetal en secció. Identifica les estructures assenyalades amb els nombres de l'1 al 6 i explica, comparant-la amb la cèl·lula animal, quin paper tenen la paret cel·lular i el gran vacúol en la forma i la rigidesa de les cèl·lules vegetals.

Localitza en quin orgànul o estructura cel·lular té lloc cadascun d'aquests processos i justifica breument la teva resposta: la respiració aeròbica, la fotosíntesi, la síntesi de proteïnes destinades a ser secretades i la digestió intracel·lular de materials envellits.

En un experiment de marcatge per polsos (pulse-chase) amb leucina tritiada (³H-Leu) en cèl·lules beta pancreàtiques que sintetitzen insulina, es quantifica la localització de la radioactivitat als 5, 20 i 60 minuts de seguiment.

A) Prediu en quins orgànuls o compartiments cel·lulars es concentrarà de manera predominant el senyal radioactiu en cadascun dels tres temps, descrivint quines transformacions pateix la proteïna en cada orgànul.

B) Si abans d'afegir el pols de leucina es tracten les cèl·lules amb brefeldina A (un fàrmac que, en inhibir l'activació d'ARF i la formació de vesícules COP I, bloqueja el tràfic vesicular des del RER cap al Golgi), prediu on s'acumularà la insulina radioactiva als 60 minuts i quina repercussió tindrà sobre la glucèmia de l'organisme.

C) Cap a on es dirigiria la insulina si una mutació delecionés la seva seqüència senyal hidrofòbica N-terminal? Raona la teva resposta.

Considera dues alteracions cel·lulars provocades artificialment:

1. Una mutació en les proteïnes MICOS que mantenen la curvatura de la membrana mitocondrial interna provoca la desaparició total de les crestes; la membrana interna queda convertida en una vesícula llisa concèntrica a l'externa.

2. Una toxina trenca selectivament la continuïtat de les membranes tilacoïdals del cloroplast, de manera que els seus components lipídics i proteics es dispersen en làmines obertes que comuniquen directament el lumen tilacoïdal amb l'estroma.

Prediu i justifica l'impacte de cada alteració en la síntesi neta d'ATP associada a la respiració mitocondrial i a la fase lluminosa de la fotosíntesi, respectivament. Basa els teus arguments en la hipòtesi quimiosmòtica de Mitchell, la compartimentació de protons i la relació superfície/volum de les membranes energètiques.

L'anàlisi morfomètrica per microscòpia electrònica de tres línies cel·lulars humanes desconegudes (A, B i C) aporta les següents dades sobre el percentatge de volum cel·lular que ocupa cada orgànul:

• Tipus A: Mitocòndries: 38 %; Reticle endoplasmàtic llis: 17 %; RER: 5 %; Aparell de Golgi: 2 %; Grànuls de secreció: < 1 %.

• Tipus B: Mitocòndries: 6 %; Reticle endoplasmàtic llis: 2 %; RER: 34 %; Aparell de Golgi: 20 %; Grànuls de secreció: 15 %.

• Tipus C: Mitocòndries: 5 %; Reticle endoplasmàtic llis: 2 %; RER: 4 %; Aparell de Golgi: 3 %; Lisosomes i fagosomes: 26 %.

Assigna de manera raonada a cada tipus cel·lular una de les següents funcions fisiològiques: contracció mecànica i homeòstasi de calci (fibra muscular esquelètica), secreció massiva de proteïnes (cèl·lula acinar pancreàtica) o destrucció de patògens fagocitats (macròfag). Justifica cada assignació relacionant la funció assignada amb l'abundància dels orgànuls corresponents.

Repte del tema. Com a futur investigador biomèdic, has d'analitzar mostres cel·lulars reals a partir de micrografies electròniques. El teu objectiu és elaborar una fitxa tècnica comparativa que demostri la diversitat cel·lular i la funció dels seus orgànuls.

1. Obtenció de dades: Accedeix al repositori científic públic Cell Image Library (cellimagelibrary.org) i selecciona dues micrografies amb escala gràfica visible: un bacteri i una cèl·lula eucariota (animal o vegetal) on es distingeixin bé els seus orgànuls.

2. Mesurament i calibratge: Mesura amb regle la barra d'escala i les dimensions cel·lulars. Fent servir la relació $\text{Augment} = \frac{\text{Mesura observada}}{\text{Mesura real}}$, calcula la mida real de totes dues cèl·lules i de dos orgànuls representatius (com ara mitocondri o cloroplast), expressant els valors en $\mu\text{m}$ (p. ex., $1,5\ \mu\text{m}$).

3. Informe raonat: Dissenya una taula comparativa que contrasti procariotes i eucariotes, argumentant la funció dels orgànuls mesurats i explicant com justifiquen els postulats moderns de la teoria cel·lular i la hipòtesi endosimbiòtica.

Es valorarà:

• Precisió en el càlcul de mides cel·lulars reals i ús correcte d'escales en $\mu\text{m}$.

• Identificació morfològica i justificació funcional adequada dels orgànuls.

• Rigor conceptual en vincular les observacions amb la teoria cel·lular i els models d'organització.