Exercicis: Tipus de cèl·lules: procariota i eucariotes

Totes les cèl·lules, sigui quin sigui el seu tipus, comparteixen tres elements bàsics. Indica'ls i explica quina funció compleix cadascun.

En l'esquema d'una cèl·lula eucariota animal, el número 1 assenyala una estructura gran i esfèrica situada a la zona central, mentre que el número 2 assenyala un orgànul ovalat amb replecs o crestes al seu interior. Indica quin número assenyala el nucli i quin número assenyala un mitocondri, i explica la funció de totes dues estructures.

Explica quina és la diferència fonamental entre una cèl·lula procariota i una cèl·lula eucariota, i posa un exemple d'ésser viu amb cada tipus de cèl·lula.

Explica què és el nucli de la cèl·lula, què conté i quins tipus de cèl·lules el tenen.

Quina funció compleix la membrana cel·lular? Explica què passaria si la cèl·lula la perdés, comparant-ho amb el que suposaria per a tu perdre la pell.

Per a què serveixen els mitocondris? Raona en quines cèl·lules del teu cos creus que seran molt abundants.

En observar al microscopi una mostra de cèl·lules de la teva galta i una altra de ceba s'aprecien diferències. Assenyala dues diferències de forma i estructura entre totes dues i explica a quin tipus de cèl·lula eucariota pertany cadascuna.

Quin orgànul fa que les parts verdes de les plantes siguin verdes? Explica quin procés hi té lloc i per què és tan important per a la vida a la Terra.

En una cèl·lula vegetal, indica la funció de la paret cel·lular, un cloroplast i el vacúol central, i explica per què aquestes tres estructures no apareixen en una cèl·lula animal.

Elabora una taula comparativa de la cèl·lula animal i la cèl·lula vegetal amb aquestes files: paret cel·lular, cloroplasts, vacúols i forma habitual de la cèl·lula.

On es troba el material genètic (ADN) en una cèl·lula eucariota i on en una procariota? Quines conseqüències té aquesta diferència en l'organització interna de cada tipus de cèl·lula?

Les cèl·lules vegetals tenen una paret rígida que les animals no tenen. Explica quin avantatge aporta la paret a una planta que no té esquelet, i com compensen els animals aquesta absència.

El vacúol central d'una cèl·lula vegetal pot ocupar la major part del seu interior. Explica què conté, quines funcions compleix (reservar aigua i substàncies, mantenir la cèl·lula ferma) i què li passa a una planta quan els seus vacúols perden aigua.

Fes dos dibuixos esquemàtics, un d'una cèl·lula animal i un altre d'una vegetal, amb almenys quatre etiquetes a cadascun; després, explica amb una frase la diferència més important entre tots dos dibuixos.

Els bacteris no tenen mitocondris i, tanmateix, també obtenen energia dels aliments. Raona com és possible que una cèl·lula sense orgànuls envoltats de membrana dugui a terme les mateixes funcions vitals que una eucariota, i digues on creus que tenen lloc aquests processos al seu interior.

Si el nucli fos l'«oficina de direcció» d'una fàbrica i el citoplasma el «taller», explica quins encerts té aquesta analogia (ordres, informació, feina) i una limitació important.

En un laboratori s'han barrejat tres mostres cel·lulars sense etiquetar (A, B i C) procedents de tres teixits diferents: el múscul de l'ala d'un ocell, el pètal blanc d'una margarida i una fulla verda d'espinac.

En observar-les al microscopi es registren aquestes característiques:

• Mostra A: cèl·lules allargades, amb un consum d'energia molt alt, sense paret cel·lular ni cloroplasts, i plenes de mitocondris.

• Mostra B: cèl·lules amb paret cel·lular rígida, gran vacúol central i centenars de cloroplasts.

• Mostra C: cèl·lules vegetals amb paret i vacúols desenvolupats, però sense cap cloroplast i amb escassos mitocondris.

1. a) Identifica raonadament a quin teixit i ésser viu pertany cada mostra, justificant la teva decisió a partir de la presència, absència i abundància de cada orgànul.
2. b) Prediu què els passaria a les cèl·lules de la mostra B si la planta es manté en una habitació fosca durant tres setmanes: podrien continuar produint glucosa?, deixarien de funcionar immediatament els seus mitocondris? Justifica la teva resposta.

Un bacteri fa uns $2\ \mu\text{m}$ de llarg i una cèl·lula animal uns $20\ \mu\text{m}$ de diàmetre. Calcula quants bacteris en fila ocuparien el diàmetre d'una cèl·lula animal. Suposant que tots dos fossin esfèrics, calcula també la superfície de la membrana de cadascun amb la fórmula $S = 4\pi r^2$ i esbrina quantes vegades és més gran la de la cèl·lula animal. Fes servir els dos resultats per raonar per què les cèl·lules eucariotes poden permetre's ser molt més grans i quin problema els planteja la mida a l'hora d'intercanviar substàncies amb l'exterior.

A diferència dels éssers humans (els glòbuls vermells madurs dels quals perden el nucli), els amfibis i els ocells tenen glòbuls vermells que conserven el nucli durant tota la vida.

1. a) En comparar dos glòbuls vermells del mateix volum, un d'humà i un altre de granota, el glòbul humà és capaç d'albergar una quantitat notablement més gran d'hemoglobina (la proteïna transportadora d'oxigen). Justifica a què es deu aquest avantatge funcional a escala cel·lular.
2. b) En un experiment de laboratori, se sotmeten tots dos tipus de glòbuls vermells a una substància que danya lentament les proteïnes de la seva membrana cel·lular. Els glòbuls vermells de granota aconsegueixen fabricar noves proteïnes per a reparar la membrana i continuar vivint, mentre que els humans no es poden reparar i moren al cap de pocs dies sense poder-se dividir. Explica la causa biològica d'aquest fet relacionant la funció del nucli i de l'ADN amb la capacitat d'autoreparació i reproducció cel·lular.

Observes al microscopi òptic una gota d'aigua estancada. El camp de visió circular que veus a través de l'ocular fa $1\ \text{mm}$ de diàmetre ($1000\ \mu\text{m}$). Hi distingeixes una ameba unicel·lular d'uns $200\ \mu\text{m}$ i diversos bacteris allargats d'uns $2\ \mu\text{m}$.

1. a) Calcula quants bacteris alineats en fila farien falta per a creuar d'un costat a l'altre el diàmetre del camp de visió del microscopi, i quantes amebes farien falta per a fer el mateix.
2. b) El límit de resolució de l'ull humà (la distància mínima entre dos punts per a distingir-los per separat) és d'aproximadament $0,1\ \text{mm}$ ($100\ \mu\text{m}$). Justifica amb dades numèriques per què una persona amb bona vista podria arribar a intuir l'ameba a simple vista com un borralló diminut, mentre que per a veure el bacteri és estrictament imprescindible el microscopi.
3. c) Si una ameba i un bacteri són tots dos organismes unicel·lulars, per què a un bacteri procariota típic li resultaria molt difícil créixer fins a assolir la mida d'una ameba de $200\ \mu\text{m}$? Raona quin problema tindria un bacteri gegant per a intercanviar i distribuir nutrients cap al seu centre sense orgànuls ni sistemes de transport intern.

Un agricultor fa un experiment amb dos grups de plantes de mongetera:

• Grup 1: cultivades en testos amb terra negra tradicional. Les seves arrels són completament blanques i les seves fulles són verdes.

• Grup 2: cultivades en tubs de vidre transparent amb aigua i sals minerals dissoltes (hidroponia), de manera que les arrels reben llum solar contínua. Després de dues setmanes, aquestes arrels han esdevingut de color verd clar i contenen cloroplasts funcionals.

1. a) Sabent que totes les cèl·lules d'una mateixa planta comparteixen exactament el mateix ADN, justifica per què les arrels que creixen sota terra no gasten energia a formar cloroplasts i quin estímul ha provocat que sí que apareguin en el grup 2.
2. b) Un company afirma: «Com que les arrels normals del grup 1 no tenen cloroplasts, no necessiten respirar ni consumeixen oxigen; la respiració cel·lular és exclusiva de les fulles». Rebat aquesta afirmació explicant d'on obté l'arrel l'energia per absorbir aigua i sals, i prediu què li passaria a la planta si la terra s'inunda completament d'aigua durant molts dies impedint l'entrada d'aire.

Al laboratori disposes d'un microscopi òptic el límit de resolució del qual és de $0,2\ \mu\text{m}$ ($200\ \text{nm}$). Observes cèl·lules d'epidermis de ceba i consultes aquestes dades de mida mitjana:

• Cèl·lula de ceba: $150\ \mu\text{m}$

• Nucli: $10\ \mu\text{m}$

• Mitocondri: $2\ \mu\text{m}$

• Ribosoma: $0,025\ \mu\text{m}$ ($25\ \text{nm}$)

• Gruix de la membrana plasmàtica: $0,008\ \mu\text{m}$ ($8\ \text{nm}$)

1. a) Analitza les dades i dedueix justificadament quines d'aquestes estructures podràs observar amb claredat amb el teu microscopi òptic i quines resultarà impossible veure-hi, per molt que augmentis la imatge.
2. b) Un company lliura el seu quadern de pràctiques amb un dibuix de la cèl·lula de ceba vista al microscopi en el qual ha dibuixat amb gran detall desenes de ribosomes flotant al citoplasma i la doble capa de lípids de la membrana. Justifica per què el professor li diu que aquest dibuix no és fruit de l'observació real.
3. c) Quin tipus de microscopi va caldre inventar per descobrir i fotografiar els ribosomes? Explica en què es diferencia principalment del microscopi òptic per aconseguir un nivell de detall tan elevat.

En un debat de classe, un estudiant defensa la següent idea: «Atès que totes les cèl·lules eucariotes del nostre cos posseeixen els mateixos tipus d'orgànuls, totes les cèl·lules tenen exactament la mateixa proporció d'aquests i fan un esforç metabòlic similar».

Per rebatre la seva afirmació, disposes d'informació sobre tres cèl·lules humanes especialitzades:

• Cèl·lula A (fibra del múscul cardíac): batega i bombeja sang sense descans durant tota la vida.

• Cèl·lula B (cèl·lula del pàncrees): fabrica i secreta al tub digestiu milers de proteïnes digestives per minut, empaquetant-les en vesícules.

• Cèl·lula C (macròfag, un glòbul blanc): patrulla els teixits englobant bacteris i destruint-los mitjançant digestió cel·lular interna.

1. a) Dedueix i justifica quin orgànul específic (mitocondris, reticle endoplasmàtic/aparell de Golgi, o lisosomes) ha d'estar especialment hiperdesenvolupat en cadascuna d'aquestes tres cèl·lules perquè puguin complir la seva funció.
2. b) Prediu què li passaria al cor d'un pacient si una toxina bloquegés de manera selectiva la funció dels mitocondris de les cèl·lules del tipus A.

Un equip de medicina regenerativa vol reparar el teixit muscular del cor d'un pacient que ha patit un infart, on milers de cèl·lules contràctils han mort. Per intentar reconstruir el teixit, s'analitzen tres possibles tipus cel·lulars del mateix pacient:

1. Glòbuls vermells madurs.

2. Cèl·lules madures de la pell (cèl·lules epitelials).

3. Cèl·lules mare pluripotents.

1. a) Justifica per què els glòbuls vermells madurs queden totalment descartats per a aquest tractament, tenint en compte les seves limitacions estructurals i la seva capacitat de divisió.
2. b) Les cèl·lules de la pell sí que tenen nucli i es divideixen amb facilitat. Per què tampoc serviria injectar-les directament al cor per recuperar el batec? Relaciona la teva resposta amb el concepte de diferenciació i especialització cel·lular.
3. c) Explica per què les cèl·lules mare són l'única alternativa vàlida. Quins canvis fonamentals hauran d'experimentar en el seu citoplasma (quins orgànuls hauran de multiplicar en gran nombre i quina funció hauran d'assumir) per arribar a comportar-se com a cèl·lules cardíaques funcionals?