Orgànuls Cel·lulars Essencials: Estructura, Funció i Origen

Síntesi de Proteïnes al Reticle Endoplasmàtic Rugós (RER)

La síntesi de proteïnes destinades a la secreció, inserció en membranes o orgànuls específics, es realitza parcialment al citosol i es completa al Reticle Endoplasmàtic Rugós (RER). Aquest procés segueix els següents passos:

1. La síntesi s'inicia al citosol, on el ribosoma s'uneix a l'ARNm per formar la proteïna, incloent-hi un pèptid de senyalització.
2. El pèptid de senyalització és reconegut per la membrana del Reticle Endoplasmàtic Rugós (RER), permetent que el ribosoma s'uneixi a les riboforines.
3. La proteïna en formació és introduïda al lumen del RER, on perd el pèptid de senyalització.
4. Al lumen, un oligosacàrid s'uneix a la proteïna (glicosilació), iniciant el seu plegament i maduració.

Funcions de l'Aparell de Golgi

L'Aparell de Golgi és un orgànul clau en el processament i la distribució de macromolècules. Les seves funcions principals inclouen:

• Modificació, empaquetament i distribució de proteïnes i lípids procedents del Reticle Endoplasmàtic (RE).
• Síntesi de polisacàrids complexos.
• Regeneració i manteniment de la membrana plasmàtica.
• Origen de lisosomes i altres orgànuls vesiculars.

Lisosomes: Orgànuls Digestius Cel·lulars

Els lisosomes són vesícules membranoses que contenen enzims digestius hidrolítics. Les proteïnes de la seva cara interna estan molt glicosilades per protegir-les de la digestió. Participen activament en processos de degradació cel·lular:

• Formació de vacúols digestius o heterofàgics, que digereixen material extern a la cèl·lula.
• Formació de vacúols autofàgics, que reciclen components cel·lulars danyats o obsolets.

Glicoxisomes: Metabolisme en Llavors

Els glicoxisomes són un tipus especialitzat de peroxisomes que es troben principalment en cèl·lules vegetals, especialment en llavors. Contenen enzims responsables del cicle de l'àcid glioxílic, que permet sintetitzar glúcids a partir de lípids. Aquesta funció és essencial per a les llavors en germinació, ja que els proporciona una font d'energia i precursors per al creixement fins que puguin realitzar la fotosíntesi.

Mitocondris: Centres Energètics Cel·lulars

Els mitocondris són orgànuls fonamentals per a la vida eucariota, coneguts com les "centrals energètiques" de la cèl·lula. S'originen a partir de cèl·lules preexistents i són particularment abundants en cèl·lules amb alta demanda energètica.

Estructura dels Mitocondris

• Membrana mitocondrial externa: És llisa i permeable gràcies a la presència de porines, que formen canals de penetració.
• Membrana mitocondrial interna: Presenta nombrosos replecs anomenats crestes mitocondrials, que augmenten la seva superfície. És altament impermeable i no conté colesterol.
• Espai intermembranós: Situat entre ambdues membranes.
• Matriu mitocondrial: És el medi intern del mitocondri, ric en enzims, ribosomes mitocondrials i ADN mitocondrial circular.

Funcions Principals dels Mitocondris

• Producció d'energia (ATP): Mitjançant la respiració cel·lular/mitocondrial. Aquest procés inclou:
  • Cicle de Krebs: Es realitza a la matriu mitocondrial, amb etapes descarboxilativa i regenerativa.
  • Cadena respiratòria: Es localitza a la membrana interna, on es genera un gradient de protons.
  La respiració cel·lular transforma la matèria orgànica i l'oxigen en diòxid de carboni, aigua i una gran quantitat d'ATP.
• Beta-oxidació (β-oxidació): Degradació d'àcids grassos per obtenir energia.
• Biosíntesi de proteïnes: Els ribosomes mitocondrials sintetitzen algunes proteïnes pròpies.
• Duplicació de l'ADN mitocondrial: Permet la replicació autònoma dels mitocondris.

El model quimiosmòtic explica la síntesi d'ATP a través del pas d'electrons d'alta energia per la cadena de transport electrònic, generant un gradient electroquímic que impulsa l'ATP sintasa.

Origen dels Mitocondris

Segons la teoria endosimbiòtica, proposada per Lynn Margulis, els mitocondris van sorgir de bacteris aerobis que van ser fagocitats per cèl·lules eucariotes primitives. Aquests bacteris van establir una relació de simbiosi, cedint part del seu ATP a la cèl·lula hoste a canvi de protecció i matèria orgànica.

Cloroplasts: Els Centres de la Fotosíntesi

Els cloroplasts són orgànuls essencials en les cèl·lules vegetals i algues, responsables de la fotosíntesi. Són orgànuls polimorfs, amb una quantitat que oscil·la entre 20 i 40 per cèl·lula.

Estructura dels Cloroplasts

• Doble membrana plastidial:
  • Membrana externa: És permeable.
  • Membrana interna: És menys permeable i conté proteïnes translocadores que regulen el pas de substàncies.
• Tilacoides: Són estructures membranoses en forma de sacs aplanats que contenen clorofil·la i altres pigments fotosintètics. Poden estar apilats formant grana (tilacoides granals) o ser laminars (tilacoides estromàtics). El seu interior s'anomena lumen.
• Estroma: És el medi intern del cloroplast, que conté ADN plastidial circular, plastoribosomes, enzims (com la RuBisCO), grans de midó i inclusions lipídiques.

La Fotosíntesi

La fotosíntesi és el procés mitjançant el qual els cloroplasts converteixen l'energia lluminosa en energia química estable, emmagatzemada en molècules orgàniques. Es divideix en dues fases principals:

• Fase lluminosa: Es realitza a les membranes dels tilacoides. L'energia de la llum és captada per la clorofil·la i s'utilitza per produir ATP i NADPH.
• Fase fosca (Cicle de Calvin): Es realitza a l'estroma. Utilitza l'energia de l'ATP i el NADPH (generats en la fase lluminosa) per sintetitzar matèria orgànica (glúcids) a partir de substàncies inorgàniques com el CO2, nitrits, nitrats i sulfats.

Altres Tipus de Plastidis

A més dels cloroplasts, existeixen altres tipus de plastidis en les cèl·lules vegetals, que sintetitzen i emmagatzemen diverses substàncies:

• Cromoplasts: Contenen pigments com carotens i licopè, donant colors vius a flors i fruits.
• Leucoplasts: Són incolors i es troben en cèl·lules no fotosintètiques (com les de les arrels o tubercles). Poden diferenciar-se en:
  • Amiloplasts: Emmagatzemen midó.
  • Proteoplasts: Emmagatzemen proteïnes.
  • Elaioplasts: Emmagatzemen lípids.
  També poden diferenciar-se en cloroplasts si s'exposen a la llum.

Origen dels Cloroplasts

Similar als mitocondris, l'origen dels cloroplasts s'explica per la teoria endosimbiòtica (proposada per Lynn Margulis). L'ADN plastidial i altres característiques suggereixen que procedeixen de cianobacteris fotosintètics que van ser fagocitats per cèl·lules eucariotes heteròtrofes primitives i van establir una relació de simbiosi, cedint part de la seva matèria orgànica a la cèl·lula hoste.