t12 La celula eucariota. Membrana plasmatica y pared celular
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MADRID / JUNIO 11. LOGSE / BIOLOGIA / CELULA Y SUS COMPONENTES. METABOLISMO CELULAR / OPCION B/ ACTIVIDAD 3 OPCIÓN B 3.- En las células vegetales, la pared celular es externa y rígida. a) Explique cómo se origina la pared celular (0,5 puntos). b) Cite las macromoléculas que constituyen la pared celular y explique cómo se han sintetizado las mismas (0,75puntos). c) Indique tres funciones que realice la pared celular (0,75 puntos). a) Después de la mitosis durante le proceso de citocinesis o división celular. Las células vegetales realizan una citocinesis por tabicación .Durante la tabicación se forma un tabique de separación a nivel de la placa ecuatorial que crece de dentro afuera. Este tabique se forma por fusión de vesículas del complejo de Golgi, que contienen los componentes que formarán la pared, y de restos de microtúbulos del huso. b) Está compuesta por fibras de: * Celulosa: .Es mayoritaria en la pared .Las moléculas de celulosa se unen entre sí de forma paralela por puentes de hidrógeno y forman microfibrillas * Hemicelulosa:. Término que engloba a un grupo heterogéneo de polisacáridos ramificados que se unen entre sí y a las microfibrillas de celulosa. * Pectinas: también ramificadas *Glucoproteínas La estructura de la pared vegetal muestra varias capas que del exterior al interior son: lámina media, pared primaria, y pared secundaria. La “Lámina Media” es la primera capa segregada y se forma en la última etapa de la división celular. Es común a las 2 cels y está formada principalmente por pectinas. La “Pared Primaria” es delgada y rígida. Consta de celulosa, hemicelulosa y pectina. Contiene agua. La “Pared Secundaria” no la poseen muchas cels (meristemos, secretoras, fotosíntéticas). Es una capa gruesa y rígida que aparece cuando cesa el crecimiento celular, en las cels especializadas en funciónes de soporte o conducción. Contiene más celulosa que la primaria y menos agua. c) - Realiza funciones de transporte, protección y esqueléticas. - Como las macromoléculas no pueden atravesarla, las plantas intercambian sustancias a través de punteaduras y plasmodesmos. - La resistencia mecánica de la pared permite a las cels vegetales sobrevivir en un medio extracelular hipotónico respecto al interior celular. MADRID / JUNIO 11. LOGSE / BIOLOGIA / CELULA Y SUS COMPONENTES. METABOLISMO CELULAR / OPCION B/ ACTIVIDAD 3 OPCIÓN A 3.- Los números del dibujo adjunto representan el transporte de moléculas a través de la membrana plasmática. a) Explique el transporte representado por los números 1 y 4, y ponga un ejemplo de iones o que puedan ser transportados por cada uno de ellos (1 punto). b) Explique cómo se realiza el transporte de moléculas de elevada masa molecular a través de la membrana plasmática (1 punto). A. a) Transporte de Moléculas de Bajo Peso molecular Según la naturaleza de las moléculas puede ser: 1. Transporte Pasivo Se efectúa a favor de gradiente y sin gasto de energía Puede ser: a. Difusión simple: - A través de la bicapa lipídica atraviesan la membrana sustancias solubles en ella (CO2, etanol, O2..). Son moléculas sin carga o con carga neta cero. - A través de proteínas canal Atraviesan la membrana moléculas polares (glúcidos, nucleótidos, aa..) b. Difusión facilitada Son proteínas transportadoras que se unen a la molécula y sufren un cambio conformacional lo que permite pasar de un lado a otro a la molécula incorporada 2. Transporte Activo Se realiza en contra de gradiente de concentración, de presión osmótica o electroquímico. Implica consumo de energía. Lo realizan proteínas transportadoras especializadas. Por ejemplo - La Bomba Sodio- Potasio - Las células animales tiene en su medio interno K+ y en su medio externo Na+. - La d.d.c se debe a la actividad de la bomba sodio-potasio que bombea simultáneamente 3 iones sodio hacia el exterior y dos iones potasio hacia el interior en contra de gradiente de concentración, utilizando la energía del ATP (tiene actividad ATPasa). - Es una proteína transmembrana responsable del mantenimiento del potencial de membrana ya que crea a ambos lados una diferencia de carga. El exterior es positivo frente al interior que es negativo. b) Transporte de Moléculas de elevado Peso molecular En este tipo de transporte juegan un papel importante las “vesículas revestidas. Denominadas así por su revestimiento exterior de clatrina (proteína). Se conocen tres tipos: endocitosis, exocitosis y transcitosis A. Endocitosis La célula capta partículas del medio externo mediante invaginación de la membrana ( la cara interna de la membrana en la zona que se invagina está unida a clatrina) en la que se engloba la partícula a ingerir. Después se produce la estrangulación de la invaginación formándose una vesícula. Los lisosomas se unen a la vesícula para digerir la partícula para su posterior utilización por la célula. Según la naturaleza y el tamaño de las particulas puede ser: - Pinocitosis o endocitosis de fase fluida: ingestión de líquidos y partículas en disolución. Vesículas revestidas de pequeño tamaño - Fagocitosis o endocitosis de fase sólida: ingestión de microorganismos o restos celulares. Vesículas revestidas de gran tamaño B. Endocitosis mediada por receptor Sólo se endocita la sustancia que previamente se a unido a un receptor de membrana. Una vez formado el complejo ligando receptor el proceso es semejante al de endocitosis. C. Exocitosis Las moléculas contenidas en vesículas citoplasmáticas son transportadas hasta la membrana plasmática para su expulsión al exterior. Una vez que la vesícula llega a la membrana se une a ella formando un poro que permite la salida del contenido de la vesícula. Este proceso requiere calcio y proteínas como la calmodulina y anexinas. En toda célula hay un equilibrio entre la endocitosis y la exocitosis para mantener la membrana y el volumen celular. D. Transcitosis Paso de sustancias a través de una célula de un polo celular a otro. Implica doble proceso de endocitosis- exocitosis. MADRID / SEPTIEMBRE 02. LOGSE / CELULA Y SUS COMPONENTES. METABOLISMO CELULAR / OPCION A / EJERCICIO 1 1. En cuanto a los tipos de células procarióticas y eucarióticas: a) Cite los componentes esenciales comunes. (1 punto) b) Cite sus diferencias. (1 punto) Solución: a) La célula es la unidad anatómica y fisiológica de los seres vivos. Toda célula procede de otra célula por división de otra existente. La vida se manifiesta en millones de especies distintas que poseen morfologías especiales y propias. Si examinamos todas estas formas a nivel celular encontramos dos tipos de organización: la célula procariota y la célula eucariota. Ambas cumplen unos patrones básicos: - Se separan del medio por una membrana plasmática. - Presentan una zona en la que se localiza el material genético. - Existe una porción que rodea al núcleo y se denomina citoplasma. - Contienen ribosomas en el citoplasma. A pesar de las diferencias que existen entre ambos tipos de organización celular poseen semejanzas importantes y por ello, se cree que ambos tipos descienden de la misma célula primitiva. b) Las células procariotas son normalmente pequeñas y relativamente simples desde el punto de visto citológico, considerándose que son representativas de los primeros tipos de células que surgieron en la evolución biológica. Las células eucariotas son mucho más complejas que las procariotas, tanto estructural como funcionalmente. Se caracterizan porque el material genético se encuentra aislado del resto de la célula por una membrana nuclear, constituyendo el núcleo. Además, en las células eucariotas la presencia de orgánulos citoplásmaticos provoca una compartimentalización del territorio celular, organizando en el espacio las diferentes funciones metabólicas que lleva a cabo la célula. En es siguiente esquema quedan representadas las diferencias estructurales de los dos tipos de organización celular: CÉLULA PROCARIOTA - Cápsula - Pared celular. - Membrana plasmática que forma por invaginación los mesosomas. - Ribosomas - Inclusiones citoplasmáticas. - Flagelos. - Fimbrias o pili. Carecen de núcleo verdadero, presentando un nucleoide que una molécula circular de ADN bicatenario libre en el citoplasma. CÉLULA EUCARIOTA - Glucocáliz en animales. - Pared celular en vegetales y hongos - Membrana plasmática. - Ribosomas. - Retículo endoplásmico. - Aparato de Golgi. - Vacuolas. - Lisosomas. - Peroxisomas. - Mitocondrias. - Plastos. - Citoesqueleto. - Centrosoma. - Cilios y flagelos. - Cromatina. - Nucleólo. MADRID / SEPTIEMBRE 01. LOGSE / BIOLOGIA / CELULA Y SUS COMPONENTES. METABOLISMO CELULAR / OPCION A / CUESTIÓN OPCION A 1. Con respecto a la membrana celular de la célula eucariótica. a) Indique su composición química (0,5 puntos). b) Cite dos funciones de la membrana celular (0,5 puntos). c) Dibuje un esquema del modelo de membrana propuesto por Singer y Nicolson y señale sus componentes (1 punto). Solución: a) Del análisis bioquímico de las membranas plasmáticas aisladas se deduce que estas están compuestas por lípidos, proteínas y en menor proporción glúcidos. Las membranas biológicas de las células eucariotas están compuestas por tres tipos de lípidos: fosfolípidos, glucolípidos y colesterol. Éstos se encuentran formando una bicapa lipídica que aporta la estructura básica a la membrana y actúa de barrera relativamente impermeable al flujo de la mayoría de las moléculas hidrosolubles. Las proteínas median las diversas funciones de la membrana. La mayoría poseen estructura globular y según su posición en la membrana se clasifican en dos tipos: proteínas integrales transmembrana o intrínsecas, que están intercaladas o embebidas en la bicapa lipídica, y las proteínas periféricas o extrínsecas , que no atraviesan la membrana y generalmente se encuentran situadas en el exterior. Estas últimas se encuentran unidas a los lípidos de la bicapa mediante enlaces covalentes, o las proteínas transmembrana mediante puentes de hidrógeno. Los glúcidos están representados por oligosacáridos que forman el llamado glicocálix en la superficie externa de la membrana. La gran mayoría están unidos covalentemente a los lípidos o a las proteínas formando glucolípidos y glucoproteínas respectivamente. b) La membrana plasmática desarrolla funciones muy importantes para la célula, entre ellas citamos las siguientes: 1.- Sirve de frontera física entre el medio intra y extracelular. 2.- Mantiene la permeabilidad selectiva, mediante el control del intercambio de sustancias entre el medio y la célula de modo controlado y selectivo. c) La membrana plasmática es la estructura que rodea y limita a las células. Está compuesta químicamente por lípidos, proteínas y oligosacáridos. Los lípidos se asocian formando una bicapa en la que se encuentran embebidas las proteínas, interaccionando unas con otras y con los lípidos. Los oligosacáridos se encuentran unidos covalentemente a las proteínas y a los lípidos, formando glucoproteínas y glucolípidos., y se sitúan preferentemente en el lado extracelular. En la actualidad el modelo de estructura de la membrana plasmática más aceptado es el “modelo del mosaico fluido” propuesto por Singer y Nicolson en 1972. Según este modelo las membranas poseen lípidos, proteínas y oligosacáridos que se disponen formando una configuración de baja energía libre. MADRID / JUNIO 00. LOGSE / BIOLOGIA / CELULA Y SUS COMPONENTES. METABOLISMO CELULAR / OPCION A / EJERCICIO 3 OPCION A 3. En relación con los intercambios celulares a través de las membranas: a) Indique las características del transporte pasivo que lo diferencian del transporte activo (0,5 puntos). b) Cite los mecanismos de transporte pasivo que permiten entrar en la célula las moléculas de oxígeno y de glucosa (0,5 puntos). c) Nombre los mecanismos que permiten la entrada y salida de macromoléculas en la célula. Explique cómo se llevan a cabo estos procesos (1 punto). Solución: Los distintos mecanismos de transporte a través de la membrana plasmática varían según el tamaño de la sustancia a transportar. Diferenciamos entre: transporte de sustancias a través de la membrana o transporte de sustancias de baja masa molecular, y transporte de sustancias por deformación de la membrana o transporte de sustancias de elevado peso molecular. a) Atendiendo si el transporte de sustancias a través de la membrana es a favor o en contra de gradiente de carga o de concentración, distinguimos entres dos tipos principales de transporte: transporte activo y transporte pasivo. El transporte pasivo es a favor de gradiente de carga o concentración y no requiere aporte de energía. Por el contrario, el transporte activo es un mecanismo que permite, mediante moléculas transportadoras, el paso de sustancias a través de las membranas celulares en contra de gradiente electroquímico, por lo que es un proceso que requiere aporte energético que procede de la desfosforilación del ATP. b) El transporte pasivo de sustancias a través de la membrana plasmática se realiza mediante difusión simple o difusión facilitada. - Difusión simple: hay determinados solutos que atraviesan la membrana a través de la bicapa lipídica. Este es el caso de gases como el oxígeno y el N, sustancias liposolubles como diversos fármacos, disolventes, etc., y moléculas polares, pequeñas y sin carga, como la urea, etanol y el CO2. La difusión simple de sustancias también se puede realizar a través de proteínas canal. La velocidad de este tipo de transporte es directamente proporcional a la concentración de soluto. - Difusión facilitada: se realiza mediante proteínas transportadoras llamadas permeasas, que funcionan mediante un cambio de configuración, o mediante ionóforos, que son pequeñas moléculas no polares que se disuelven en la membrana lipídica y aumentan su permeabilidad iónica. En este tipo de transporte la velocidad sigue una cinética michaeliana, alcanzándose la velocidad máxima cuando el transportador está saturado. Mediante difusión facilitada tiene lugar la entrada de glucosa en la célula. c) El transporte de sustancias de elevada masa molecular tiene lugar a través de dos mecanismos principales: la endocitosis y la exocitosis. - La endocitosis es un sistema de transporte mediante el cual la célula capta del medio extracelular sustancias relativamente grandes, macromoléculas y pequeños solutos que contribuyen a su nutrición. Además, a lo largo de la evolución este sistema se ha adaptado para desempeñara otras funciones, como la internalización de hormonas y otros mensajeros que actúan en el citoplasma. El proceso consiste en la fijación de las partículas a receptores específicos de la membrana celular, la cual se invagina y estrangula formando una vesícula de endocitosis. Dentro de la endocitosis, se habla de fagocitosis si las partículas que entran son visibles al microscopio óptico, mientras que si se trata de líquido con sustancias disueltas se habla de pinacitosis. - La exocitosis es la expulsión de sustancias desde el interior de la célula al exterior, es el proceso inverso a la endocitosis. Para ello, la vesícula (que contiene la sustancia a expulsar) se fusiona con la membrana plasmática e inmediatamente se forma un orificio en la zona fusionada de las membranas y el contenido de la vesícula es expulsado. MADRID / JUNIO 00. LOGSE / BIOLOGIA / CELULA Y SUS COMPONENTES. METABOLISMO CELULAR / OPCION A / EJERCICIO 2 OPCION A 2. La célula vegetal, además de pared celular, tiene otras características diferenciales con la célula eucariota animal. a) Cite las otras diferencias existentes (0,5 puntos). b) Explique la composición química de la pared celular (1 punto). c) Cite dos funciones de la pared celular (0,5puntos). Solución: a) En muchos aspectos fundamentales existe coincidencia entre las células animales y las células vegetales. Ambas poseen membrana plasmática y pueden presentar pared celular, aunque de diferente naturaleza. Ambas presentan un citoplasma en el que se aloja uncitoesqueleto de microtúbulos y ambas poseen un sistema de membrana. Ambos tipos decélulas presentan un núcleo en el que se aloja el material genético y sufren divisionesmitóticas y meióticas. No obstante, las células animales carecen frente a las células vegetales de: - Pared celular, formada fundamentalmente por fibras de celulosa dispuestas en varias capas concéntricas alrededor de la célula. - Plastos - Más vacuolas. - Menos retículo endoplásmico rugoso. - Menos mitocondrias. - No se han observado centriolos. b) La pared celular vegetal es una forma especializada de matriz extracelular y se compone básicamente de fibras de celulosa y un cemento que las une. La celulosa es un polímero lineal de glucosa que forma largas cadenas que se asocian en paralelo constituyendo microfibrillas de gran longitud. El cemento que mantiene unidas las fibras es una matriz compuesta por heteropolisacáridos (hemicelulosa y pectina) y por proteínas. Estructuralmente está compuesta de varias capas que de, fuera hacia dentro de la célula se denominan: Lámina media: Es compartida por las células que se encuentran adyacentes y está compuesta principalmente por pectina y proteínas. Pared primaria: Es propia de las células en crecimiento y sus principales componentes son celulosa, hemicelulosa y pectinas. Pared secundaria: Sólo está presenta en algunos tipos celulares y aparece cuando cesa el crecimiento de la célula. Es más gruesa y rígida que la primaria y está compuesta por pectina y celulosa. Esta última forma microfibrillas que presentan diferente orientación en cada estrato, teniendo en conjunto una disposición helicoidal. Además, la pared secundaria puede impregnarse de diferentes sustancias y sufrir lignificación (depósito de lignina, ej. El xilema),suberificación (suberina, que da lugar al corcho) o mineralización (carbonato cálcico, ej., en la epidermis). c) Las funciones principales de la pared celular vegetal son: - Da soporte mecánico y protege a la célula a modo de exoesqueleto, pero sin impedir con ello su crecimiento. - Ayuda a mantener el equilibrio hidrostático entre la célula y el medio que la rodea, que es hipotónico, impidiendo que la célula estalle limitando la entrada de agua a ésta. MADRID / SEPTIEMBRE 99 LOGSE / BIOLOGÍA / CÉLULA Y SUS COMPONENTES. METABOLISMO CELULAR / OPCIÓN A / Nº 1 1.- En relacíón a la membrana plasmática: a) Explique la composición química de la membrana plasmática. (0,5 puntos). b) Modelo hipotético sobre su estructura. Explíquelo mediante un esquema señalando sus componentes. (0,75 puntos). c) ¿De qué formas puede realizarse el transporte de sustancias a través de la membrana?. (0,75 puntos). Solución: a) Del análisis bioquímico de las membranas plasmáticas aísladas se deduce que estas están compuestas por lípidos, proteínas y en menor proporción glúcidos. Las membranas biológicas de las células eucariotas están compuestas por tres tipos de lípidos: fosfolípidos, glucolípidos y colesterol. Éstos se encuentran formando una bicapa lipídica que aporta la estructura básica a la membrana y actúa de barrera relativamente impermeable al flujo de la mayoría de las moléculas hidrosolubles. Las proteínas median las diversas funciones de la membrana. La mayoría poseen estructura globular y según su posición en la membrana se clasifican en dos tipos: proteínas integrales transmembrana o intrínsecas, que están intercaladas o embebidas en la bicapa lipídica, y las proteínas periféricas o extrínsecas, que no atraviesan la membrana y generalmente se encuentran situadas en el exterior. Estas últimas se encuentran unidas a los lípidos de la bicapa mediante enlaces covalentes, o las proteínas transmembrana mediante puentes de hidrógeno. Los glúcidos están representados por oligosacáridos que forman el llamado glicocálix en la superficie externa de la membrana. La gran mayoría están unidos covalentemente a los lípidos o a las proteínas formando glucolípidos y glucoproteínas respectivamente. b) En la actualidad, el modelo de estructura de membrana más aceptado es el modelo de Singer y Nicholson, denominado del mosaico fluido. Esta estructura queda representada en el siguiente esquema: Se dice que la membrana es un mosaico flluido, porque según este modelo las membranas biológicas son como mosaicos fluidos en los que la bicapa lípidica actúa de red cementante y las proteínas están embebidas en ella, interaccionan unas con otras y con los lípidos, es decir, son estructuras dinámicas en las que tanto los lípidos como las proteínas pueden realizar constantes movimientos de traslación lateral. Además, las membranas son estructuras asimétricas en cuanto a la distribución de todos sus componentes químicos, lípidos, proteínas y oligosacáridos. Éstos últimos se localizan preferentemente en el lado extracelular. c) Los distintos mecanismos de transporte a través de la membrana plasmática varían según el tamaño de la sustancia a transportar. Si éste no permite a la sustancia atravesar la membrana, ésta se deforma, englobado a la partícula. Por lo tanto, diferenciamos entre transporte de sustanciasde bajo peso molecular y trasnporte de sustancias de elevado peso molecular. A.- Transporte de sustancias de bajo peso molecular: La membrana plasmática se comporta como una membrana semipermeable, es decir, deja pasar el disolvente pero no el soluto. Mediante el proceso denominado ósmosis, el disolvente se mueve hacia donde el soluto está más concentrado. La membrana plasmática deja pasar, a favor de gradiente de concentración, agua y pequeñas moléculas no polares tales como urea, glicerol y CO2. Sin embargo, la membrana es altamente impermeable a las grandes moléculas polares sin carga, y a todos los iones. No obstante, la membrana es atravesada por numerosas moléculas como iones, aminoácidos, azúcares y nucleótidos, gracias a la existencia de distintos mecanismos de transporte. Atendiendo si el transporte de sustancias es a favor o en contra de gradiente de carga o de concentración, distinguimos entres dos tipos principales de transporte: transporte activo y transporte pasivo. 1) Transporte pasivo: es a favor de gradiente de carga o concentración y no requiere aporte de energía. Se realiza mediante difusión simple o difusión facilitada. 2) Transporte activo: es un mecanismo que permite, mediante moléculas transportadoras, el paso de sustancias a través de las membranas celulares en contra de gradiente electroquímico, por lo que es un proceso que requiere aporte energético que procede de la desfosforilación del ATP. Mediante este tipo de transporte, se consigue que las concentraciones extra e intracelulares de diferentes iones sean distintas. B) Transporte de sustancias de elevado peso molecular: Como ya se mencionó anteriormente, las células disponen de otros mecanismos de transporte menos específicos, que le permiten incorporar y expulsar sustancias de mayor tamaño, por medio de deformaciones de la membrana. - La endocitosis es un sistema de transporte mediante el cual la célula capta del medio extracelular sustancias relativamente grandes, macromoléculas y pequeños solutos que contribuyen a su nutrición. El proceso consiste en la fijación de las partículas a receptores específicos de la membrana celular, la cual se invagina y estrangula formando una vesícula de endocitosis. Dentro de la endocitosis, se distingue entre fagocitosis si las partículas que entran son visibles al microscopio óptico, mientras que si se trata de líquido con sustancias disueltas se habla de pinacitosis. - La exocitosis es la expulsión de sustancias desde el interior de la célula al exterior, es el proceso inverso a la endocitosis. Para ello, la vesícula (que contiene la sustancia a expulsar) se fusiona con la membrana plasmática e inmediatamente se forma un orificio en la zona fusionada de las membranas y el contenido de la vesícula es expulsado. MADRID / JUNIO 99 COU / BIOLOGÍA / CÉLULA Y SUS COMPONENTES. METABOLISMO CELULAR / OPCIÓN A / Nº 2 2.- Membrana plasmática: a) Representar esquemáticamente su estructura. b) Funciones. Solución: a) La membrana plasmática representa el límite entre el medio extracelular y el intracelular. Está compuesta de lípidos, proteínas y oligosacáridos. Los lípidos se asocian formando una bicapa en la que se encuentran embebidas las proteínas, interaccionando unas con otras y con los lípidos. Los oligosacáridos se encuentran unidos covalentemente a las proteínas y a los lípidos, formando glucoproteínas y glucolípidos., y se sitúan preferentemente en el lado extracelular. En la actualidad el modelo de estructura de la membrana plasmática más aceptado, el “modelo del mosaico flluido”. b) La membrana plasmática desarrolla funciones muy importantes para la célula, algunas son: 1.- Sirve de frontera física entre el medio intra y extracelular. 2.- Mantiene la permeabilidad selectiva, mediante el control del intercambio de sustancias entre el medio y la célula de modo controlado y selectivo. 3.- Produce, modula y controla gradientes electroquímicos a ambos lados de la membrana. 4.- Transmite y recibe mensajes del exterior y los traduce en respuestas dentro de la célula, o los comunica a otras células. Para ello existen receptores de señales y mecanismos de transducción. 5.- En las células procariotas sirve de soporte a numerosas reacciones químicas y controla el desarrollo y la división celular. 8.- Posee propiedades inmunológicas. 9.- Sirven de anclaje a enzimas. En general podemos decir que, las proteínas confieren a las membranas sus funciones específicas.
