Liceo de Aplicación Preuniversitario BIOLOGÍA Guía N° 1 Contenidos: BIOLOGIA CELULAR Para poder estudiar a los seres vivos debemos definir límites y agrupaciones que permitan ver las características comunes entre los organismos. Así se han establecidos 5 reinos de los seres vivos, representados en el siguiente cuadro y en la imagen inmediatamente ubicada bajo éste. Reinos de los seres vivos 1 Liceo de Aplicación Preuniversitario BIOLOGÍA Si bien la clasificación de los seres vivos se ha utilizado durante años, actualmente hay una nueva propuesta de agrupación llamada clasificación por dominios representada en la siguiente imagen En ella se distinguen 3 dominios: - Archea formado por organismos procariontes con características prehistóricas y se sugiere que mantienen las propiedades de sobrevivir en ambientes extremos (ácidos, básicos, de altas temperaturas o de muy bajas) por lo que son llamadas extremófilas. - Eubacteria: Bacterias verdaderas, corresponde a las bacterias actuales mas conocidas y comunes, en ellas hay gran variedad de propiedades como su metabolismo heterótrofo y autótrofo, su capacidad aeróbica y anaeróbica. - Eucaria: corresponde a los organismso formados por células con núcleo como los protozoos, los hongos, vegetales y animales 2 Liceo de Aplicación Preuniversitario BIOLOGÍA “Todo organismo vivo está construido de la misma manera y constituido por las mismas unidades fundamentales: las células”. La célula es la unidad básica de organización de los seres vivos, tanto en lo que se refiere a morfología como a función. La estructura de todos los organismos está constituida por células, desde los unicelulares, que poseen sólo una, hasta los multicelulares o pluricelulares, que pueden presentar billones. Es una unidad funcional porque en ella ocurren los procesos metabólicos esenciales para el mantenimiento y la autoperpetuación del organismo. La biología estudia las células en función de su constitución molecular y la forma en que cooperan entre sí para constituir organismos muy complejos, como el ser humano. Para poder comprender cómo funciona el cuerpo humano sano, cómo se desarrolla y envejece y que falla en caso de enfermedad, es imprescindible conocer las células que lo constituyen. La palabra célula se empezó a usar hace unos tres siglos, en 1665, cuando Robert Hooke, valiéndose de un microscopio construido por él mismo, notó que el corcho, estaba formado por pequeñas cavidades a las que llamó células (lo que significa pequeñas celdas). En el curso de los siguientes 175 años, la investigación desembocó en la TEORIA CELULAR, primero propuesta por el botánico alemán Mathias Schleiden y el zoólogo alemán Theodore Schwann en 1831 y formalizada por el investigador alemán Rudolf Virchow en 1858. En su forma moderna, esta teoria tiene cuatro postulados básicos: - La células es la unidad estructural de todos los seres vivos, es decir, todos los organismos vivientes están constituidos por células. - La célula es la unidad funcional de toda la materia viva, todas las funciones químicas y fisiológicas básicas, por ejemplo la respiración, el crecimiento, el movimiento, la inmunidad, la comunicación, y la digestión, ocurre al interior de la misma. - La célula es la unidad de reproducción y de origen de los seres vivos, o sea, todas las células están producidas por la división de células preexistentes - Cada célula contiene material genético hereditario que determina las características de cada célula y del organismo. 3 Liceo de Aplicación Preuniversitario BIOLOGÍA 1. LA CÉLULA COMO UNIDAD FUNCIONAL 1. 1 Características Generales de las Células. Existe una gran diversidad de células, de acuerdo a su tamaño, forma y tipo de asociación, como consecuencia de su adaptación evolutiva a ambientes diferentes o funciones diferentes dentro de un organismo. Sin embargo, los citólogos han descubierto que todas las células son similares. Todas están compuestas mayormente de moléculas que contienen C, H, O, N, P, S. Aunque muchas de las estructuras no vivientes también contienen estos elementos, las células son diferentes en su organización y el mantenimiento de un límite, su habilidad de regular su propia actividad, y su metabolismo controlado. Y por otra parte, todas las células comparten tres características comunes y básicas LAS TRES M: a) MEMBRANA PLASMÁTICA, que consiste en una doble capa de fosfolípidos, la cual es una membrana adiposa que encierra la célula. Esta membrana contiene varias estructuras que le permiten a las células desarrollar labores necesarias; por ejemplo, canales que le permiten a las sustancias moverse dentro y fuera de la célula, azucares que le permiten a la célula poder ser reconocidas por otras células, y proteínas que le permiten a las células unirse unas a otras. b) METABOLISMO, conjunto de reacciones químicas (de formación de macromoléculas (anabolismo) o de degradación de estas (catabolismo) que ocurren en el citoplasma celular y en los organelos celulares – estructuras celulares similares a los órganos del cuerpo que cumplen funciones específicas para la célula. No todas las células poseen los mismos organelos y la presencia de estos permite distinguir entre los tipos celulares y las funciones que realizan las células en un tejido. c) MATERIAL GENETICO, un centro de almacenamiento de la información genética (ADN), y control de los procesos vitales (mecanismos de regulación génica). 1.1.1 FORMA Y TAMAÑO DE LAS CÉLULAS. Las células tienen variadas formas, así como se pueden encontrar algunas más largas que anchas, como las neuronas (células del tejido nervioso); otras equidimensionales como las del parénquima (células del tejido vegetal) y eritrocitos (glóbulos rojos de la sangre); y otras de forma cambiante, como los leucocitos (glóbulos blancos) o las amebas (protozoos). La estabilidad y especificidad de cada forma celular depende de 4 factores: a) Especificidad genética: es el principal factor. La información contenida en el ADN y expresada en proteínas determina la diferenciación de la célula y, por lo tanto, su forma. 4 Liceo de Aplicación Preuniversitario BIOLOGÍA b) Adaptación funcional: depende de la especificidad genética y como consecuencia de la diferenciación de la célula, ésta adquiere una forma que se adapta a la función que deberá cumplir. c) Presión o tensión superficial y presión de vecindad: las presiones que ejercen los líquidos a ambos lados de la superficie celular (LIC y LEC) y la presión de otras células, influyen en la forma de ellas. Ejemplo, una célula aislada en un medio líquido (isotónico), tiende a tomar la forma esférica y, cuando están agrupadas en grandes masas adoptan la forma poliédrica. d) Presencia de pared celular: en células vegetales en procariontes y hongos, hay una pared celular rígida que determina la forma celular, en cambio las células animales que no poseen pared celular, pueden tener diferentes formas(determinada por el citoesqueleto), algunas más definidas que otras. Respecto al tamaño celular, en general, las células son tan pequeñas que no las podemos ver a simple vista ni menos medir con los sistemas métricos convencionales, por los que se ha definido una nueva escala de medidas señaladas a continuación. Nombre Medida Micrómetro o micrón (um) 1 x 10-6 metros Nanometro (nm) 1 x 10-9 metros Anstrong (A) 1 x 10-10 metros El tamaño es extremadamente variable. Existen bacterias con 1 y 2 micras de longitud. Las células humanas presentan mucha variabilidad: glóbulos rojos de 7 micras, células del 5 Liceo de Aplicación Preuniversitario BIOLOGÍA hígado con 20 micras, espermatozoides de 53 micras y oocitos de 150 micras. En los vegetales los granos de polen pueden llegar a medir de 200 a 300 micras y algunos oocitos de aves pueden medir entre 1 (codorniz) y 7 centímetros (avestruz) de diámetro. En cualquier caso, para la viabilidad de la célula y su correcto funcionamiento siempre se debe tener en cuenta la relación superficie-volumen. Puede aumentar considerablemente el volumen de la célula y no así su superficie de intercambio de membrana lo que dificultaría el nivel y regulación de los intercambios de sustancias vitales para la célula. También es importante la relación entre volumen citoplasmático y volumen nuclear, centro de control de la célula, para proporcionar suficientes copias de información necesaria para regular los procesos tienen lugar en el citoplasma de una célula. Por este motivo, la mayoría de las células metabólicamente activas (gran cantidad de procesos químicos) son pequeñas. 1.1.2 ORGANIZACIÓN CELULAR INTERNA Según el grado de complejidad de su organización interna las células se pueden clasificar en células procarioticas o procariontes y células eucarióticas o eucariontes. La diferencia fundamental entre ambas es la presencia en estas últimas, de estructuras membranosas que compartimentarían estructural y funcionalmente a la célula. 6 Liceo de Aplicación Preuniversitario BIOLOGÍA Las células eucariotas poseen en su interior estructuras internas bien definidas y muchas de ellas delimitadas por membranas, por ejemplo el núcleo que contiene el ADN celular, en cuanto a la célula procariota, no posee organelos membranosos y el ADN se encuentra libre en el citoplasma celular. Además las procariotas con células simples y de muy pequeño tamaño (generalmente menor a 10 um). 1.1.3 ESTUDIO DE LAS CÉLULAS. El reducido tamaño de las células ha llevado a los científicos a desarrollar diversos métodos tecnológicos para poder observar y entender su funcionamiento. Una de las tecnologías directamente relacionada con el estudio celular es el desarrollo de la microscopia. Su origen se le atribuye a los hermanos Janssen en 1595, estos primeros microscopios fueron llamados simples porque consistían en una única lente. En 1665 el científico Robert Hooke utilizó un microscopio compuesto (formado por dos lentes) para observar láminas de corcho y acuñar por primera vez la palabra célula derivada de la descripción de las “celdas” que observaba en el tejido vegetal. - Microscopía óptica: Los microscopios ópticos compuestos modernos presentan un lente en un tubo por donde el observador mira y 3 o 4 pequeños lentes llamados objetivos ubicados en una estructura móvil llamada revolver. Los objetivos tienen distintos poderes de aumento denominadas X, así se encuentran objetivos 4x, 10x, 40x y 100x indicando que aumentan la imagen, 4, 10, 40 o 100 veces. Para poder observar un tejido este material debe ser teñido con pigmentos y cortado en delgadísimas lonjas para permitir que la luz la atraviese, ya que los microscopios ópticos utilizan una fuente de luz que ilumina desde abajo y hacia arriba, este tejido se debe ubicar sobre la platina y las lentes se enfocan con los tornillos macro y micrométricos para obtener una buena imagen. 7 Liceo de Aplicación Preuniversitario BIOLOGÍA - Microscopia electrónica: Fue ocupado por primera vez en 1932, se basa en un haz de luz de electrones de alta velocidad y campos electromagnéticos en vez de lentes ópticos. La imagen de los tejidos estudiados se emiten a una pantalla de computador o a placas fotográficas. Este sistema tiene mayor capacidad de aumento y permite generar imagen con mayor resolución y nitidez. Existen dos tipos de microscopios electrónico: De transmisión (tiene el mismo principio de los microscopios óptico al hacer atravesar los haces de electrones a través de los tejidos) y el de barrido que bombardea los tejidos por su superficie y permite crear imágenes tridimensionales del objeto en estudio. Microscopio electrónico de transmisión Microscopio electrónico de barrido 8 Liceo de Aplicación Preuniversitario BIOLOGÍA 1.2 CÉLULA PROCARIONTE Y CÉLULA EUCARIONTE Según el grado de complejidad de su organización interna las células se pueden clasificar en células procariontes y células eucarionte, que como se indicó antes se basa en la presencia de estructuras membranosas en el citoplasma celular. 1.2.1 CÉLULA PROCARIONTE. - Carecen de membrana nuclear o Carioteca que recubra el material genético. - Todas las procariontes actuales pertenecen al Reino mónera y sus representantes más comunes son las bacterias, algas azulverdes(cianobacterias fotosintéticas) y micoplasmas. - Son los seres vivos más pequeños - Son de vida libre o pueden formar agrupaciones pero que no establecen jamás tejidos. - Se les considera antecesores biológicos y evolutivos de todas las células eucariontes y por ende de todos los seres vivos del planeta. - Estructuralmente se distinguen los siguientes sectores: a) membrana plasmática, similar a la de eucarionte pero sin colesterol asociado a las colas de los fosfolípidos. Sobre la membrana y hacia el exterior de la célula se encuentra una pared celular formada por un péptidoglucano (proteína y carbohidratos) llamado mureína. Algunas bacterias poseen además otra cubierta de polisacáridos llamado cápsula que tiene como función defender a la célula y permitir su resistencia a la desecación. Desde la membrana pueden sobresalir hacia el exterior de la célula pequeñas prolongaciones llamadas pili o fimbrias que sirven para fijar la bacteria a otra célula y permitir el intercambio de ADN, los pliegues hacia el interior de la célula se llaman mesosomas y permiten la realización de importantes procesos metabólicos. Otras estructuras adicionales presentes en bacterias son los flagelos que son estructuras proteicas de larga extensión que permiten dar movimiento a la célula. b) citoplasma bacteriano, el citoplasma es un sistema coloidal cuya fase dispersante es agua junto con diversas sustancias en solución (citosol), y cuya fase dispersa está constituida por macromoléculas y conjuntos supramoleculares (partículas submicroscópicas). A microscopía electrónica destaca el carácter granulado, producido por los numerosos ribosomas (que a los aumentos habituales aparecen como partículas esféricas), como se dijo anteriormente la maquinaria enzimática que permite el metabolismo está unida a la membrana plasmática en su cara interna y los mesosomas aumentan la superficie de reacciones químicas. En el citoplasma bacteriano se puede encontrar gránulos de nutrientes. c) ADN procarionte: su material genético es una molécula única circula de ADN formada por dos cadenas de nucleótidos antiparalelas que forman una hélice, unido a proteínas no histónicas (ADN desnudo). Además del ADN principal o cromosomas bacteriano, muchas bacterias poseen un ADN circular adicional llamado plásmido, esta estructura tiene como función dar resistencia a enfermedades o permitir el intercambio de ADN con otras bacterias. 9 Liceo de Aplicación Preuniversitario BIOLOGÍA Clasificación de las bacterias en función de su forma: 1.2.2. CÉLULAS EUCARIONTES - Son células que tienen núcleo organizado por una carioteca formado por una membrana doble atravesada por poros. 10 Liceo de Aplicación Preuniversitario BIOLOGÍA - Su material genético son varias moléculas de ADN lineales formada por dos cadenas de nucleótidos antiparalelas que forman una hélice y que se organiza en estructuras llamada cromatinas al asociar la moléculas de ADN a proteínas llamadas histonas. - Tiene estructuras membranosas en el interior de las células llamadas en forma general organelos y otras estructuras no membranosas llamadas complejos supramoleculares. - Existen organismos unicelulares formados por células eucariotes como el reino de los protozoos y el reino fungi (hongos unicelulares). También forman parte de todos los organismos pluricelulares como los que pertenecen al reino fungi (pluricelular) vegetal y animal. - Dado la gran variedad estructural de las células eucariontes se han definidos dos tipos: células animales y células vegetales. 1.2.2.1 CÉLULA EUCARIONTE ANIMAL Y VEGETAL Los organismos animales y vegetales presentan una serie de diferencias estructurales y funcionales. Estas diferencias se explican por sus características celulares, que si bien presentan estructuras similares, poseen algunas diferencias fundamentales. Célula anima Célula vegetal 11 Liceo de Aplicación Preuniversitario BIOLOGÍA 1.2.2.1.1 ORGANELOS, Y ESTRUCTURAS COMUNES A CÉLULAS VEGETALES Y ANIMALES 1. MEMBRANA PLASMÁTICA, MEMBRANA CELULAR O PLASMALEMA. - Estructura formada por una bicapa fosfolipídica con proteínas y carbohidratos insertos. - Es el límite celular, que da integridad y unidad a la célula - Posee proteínas que actúan como receptores de señales químicas enviadas desde otra células. Lleva a cabo varias reacciones químicas gracias a la presencia de enzimas de membrana. Es responsable de seleccionar las sustancias que pueden entrar o salir de las células por lo que se le denomina membrana semipermeable y selectiva. Las membranas están formadas por: a) Lípidos: son sustancias principalmente apolares que tienen a formar estructuras esféricas cuando son sumergidos en agua. Las principales moléculas lipídicas de las membrana son los fosfolípidos formados por una cabeza hidrofílica polar (con carga eléctrica, iones), que contienen moléculas de fosfato, lo que le confiere el nombre. Además dos colas hidrofóbicas apolares, formados por secuencias de 12 Liceo de Aplicación Preuniversitario BIOLOGÍA ácidos grasos. Las moléculas de fosfolípidos son clasificadas de anfipáticas por su carácter hidrofílico e hidrofóbico. El colesterol es otra molécula (presente sólo en células animales) lipídica que se ubica entre las colas de los fosfolípidos, disminuyendo la capacidad fluida de la membrana. b) Proteínas: La membrana está formada por proteínas integrales (intrínsecas) y proteínas periféricas (extrínsecas). Las proteínas integrales sirven como moléculas de transporte de sustancias en tanto que las proteínas periféricas actúan como receptores de mensajes. Las proteínas transportadoras participan de la difusión facilitada. En estos casos las proteínas reciben el nombre de canales o carrier dependiendo de la interacción que realizan con las moléculas que transportan. c) Carbohidratos: son azúcares de bajo peso molecular que se ubican siempre en la cara externa de la membrana que tienen la función de proteger la membrana y además permite el reconocimiento celular. Mecanismos de intercambio entre la célula y su ambiente. a. Transporte pasivo: movimiento de sustancias a través de la membrana desde un lugar de mayor concentración hacia otro de menor. Dependiendo de las características de las moléculas transportadas y de las características del transportador, existen dos tipos de transporte pasivo. - Difusión simple, movimiento de sustancias apolares o hidrofóbicas como benceno, moléculas de aceite, gases a través de los fosfolípidos. - Difusión facilitada, movimiento de sustancias polares o monómeros. Moléculas polares como los iones Na+, Cl-, K+, Ca+, etc. utilizan proteínas llamados canales iónicos, mientras que los monómeros (monosacáridos, aminoácidos, nucleótidos) utilizan proteínas llamadas carrier, (los carrier, a diferencia de los canales iónicos sufren una transformación estructural cuando se unen a la molécula transportada). 13 Liceo de Aplicación Preuniversitario BIOLOGÍA b. Osmosis: movimiento de agua a favor de sus gradiente de concentración. El agua puede atravesar la membrana por difusión simple atravesando los fosfolípidos o puede ocupar un canal iónico llamado acuoporina. Según las concentraciones de agua y de solutos se pueden distinguir 3 ambientes en los que se puede observar a una célula. - Ambiente hipertónico: donde el ambiente tienen más solutos que agua en relación al contenido celular y en este ambiente las células pueden deshidratarse. 14 Liceo de Aplicación Preuniversitario BIOLOGÍA - Ambiente hipotónico: donde el ambiente tiene más agua que solutos, en este ambiente las células se hiperhidratan. - Ambiente isotónico: donde el ambiente dentro y fuera de la células están en equilibrio. Células vegetales Células animales 15 Liceo de Aplicación Preuniversitario BIOLOGÍA c. Transporte activo. Movimiento de sustancias en contra de su gradiente de concentración (desde donde hay menos solutos hacia donde hay más solutos), con utilización de proteínas de membrana llamadas Bombas (Bomba de Na, Bomba de Ca, Bomba de Na/K), que utilizan ATP para mover las moléculas d. Transporte utilizando vesículas: Las vesículas son estructuras de membrana que permiten el movimiento de sustancias de gran tamaño o de muchas moléculas a la vez. Utiliza ATP y ocurre en dos direcciones Endocitosis (Fagocitosis, si las moléculas que ingresan son sólidas o de gran tamaño o Pinocitosis si las moléculas que ingresan son solutos disueltos en agua) y Exocitosis (secreción si las moléculas son utilizadas por el organismo, Hormonas, neurotransmisores o excreción si las sustancias son de desecho, creatinina) . 16 Liceo de Aplicación Preuniversitario BIOLOGÍA 1. CITOESQUELETO: Es una red de filamentos proteicos del citoplasma que ocupa el interior de todas las células animales y vegetales. Es responsable de la forma, de la organización interna de los organelos y del movimiento de la célula. Tiene una gran relevancia en las células animales, que carecen de una pared rígida, pues es él quien mantiene la forma celular. Se forma a partir de tres principales de filamentos proteicos: microtúbulos, filamentos de actina o microfilamentos y filamentos intermedios, unidos entre sí y a otras estructuras celulares por diversas proteínas. a) Microtúbulos: Son filamentos largos, gruesos (25nm) son cilindros huecos, formados por la unión de moléculas de proteínas tubulina, en presencia de moléculas energía (GTP) y de iones de Mg. Participan en el movimiento de los cromosomas durante la división del núcleo (mitosis y meiosis) y puede formar asociaciones estables como: centriolos, cilios y flagelos. En el citoplasma se organiza desde el centro organizador de microtúbulos (centriolos) en el centro de la célula y se ramifica en todas las direcciones. La función de esta estructura se asemeja a la del esqueleto internos de los organismos. b) Filamentos intermedios: Formados por diversos tipos de proteínas. Son polímeros muy estables y resistentes. Especialmente abundantes en el citoplasma de las células sometidas a fuertes 17 Liceo de Aplicación Preuniversitario BIOLOGÍA tensiones mecánicas (queratina, desmina), ya que su función consiste en repartir las tensiones, que de otro modo podrían romper la célula. c) Filamentos de actina o Microfilamentos: Están formados por subunidades de la proteínas actina y se sitúan principalmente en la periferia celular, debajo de la membrana. Tienen aproximadamente un tercio del diámetro del microtúbulo y, a menudo, son usados por la célula tanto para cambiar su estructura como para mantenerla. Las hebras de actina están trenzadas en hélice, y su estabilidad se debe a la presencia de ATP e iones de Ca. Asociados a los filamentos de miosina, son los responsables de la contracción muscular. 2. CILIOS Y FLAGELOS: Son apéndices cilíndricas que sobresalen del citoplasma. Los cilios son muy cortos y numerosos; y los flagelos, bastante largos y menos numerosos. Tanto los unos como los otros están formados por nueve pares (dobletes) de microtúbulos, más un par central, los que se conoce como disposición 9+2. El deslizamiento de los dobletes unos sobres otros causa la flexión de éstos apéndices locomotores. Este movimiento permite el desplazamiento de unicelulares por ejemplos, paramecios (ciliados), euglenas y los dinoflagelados (flagelados). En los organismos pluricelulares, algunos epitelios están hechos de células cuyos cilios se mueven en forma coordinada para desplazar las moléculas sobre ellos (cilios de las vías respiratorias que eliminan el mucus y todas las partículas retenidas en ella). En tanto los flagelos permiten el desplazamiento de los espermatozoides para la fecundación. 3. RIBOSOMAS: Estos son organelos muy pequeños, formados por 2 subunidades, sin membranas que la limiten. Están compuestos de proteínas unidas a moléculas de ARNr. Las funciones de las ribosomas son la síntesis de proteínas a partir de la información contenida en la secuencia de nucleótidos de ADN. Sus subunidades se forman en el nulcéolo. Se 18 Liceo de Aplicación Preuniversitario BIOLOGÍA encuentran libres en el citoplasma o formando agrupaciones llamadas polirribosomas, dentro de organelos como mitocondrias y cloroplastos y adheridos a la cara externa de RER y de la carioteca. 4. MEMBRANA NUCLEAR O CARIOTECA: La membrana nuclear está formada por dos capas concéntricas, ambas compuesta de una bicapa de fosfolípidos y separadas por el espacio perinuclear. La membrana nuclear externa, en su cara citoplasmática está cubierta por ribosomas y en ella se sintetiza proteínas. La membrana interna, tiene unidas proteínas, llamadas láminas, que sirven como esqueleto nuclear. Las membranas se fusionan a intervalos, formando poros nucleares, a través de los cuales se produce el transporte de moléculas entre el núcleo y el citoplasma. La membrana nuclear controla el paso de iones y moléculas pequeñas, y por medio de los poros juega un rol importante en la transferencia selectiva de macromoléculas, como ARN, sub unidades ribosomales, enzimas, proteínas estructurales, entre el núcleo y el citoplasma y viceversa. 5. RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO: Son organelos formados por membrana simple plegada sobre sí misma. Según su estructura y su función se pueden distinguir dos tipos: 19 Liceo de Aplicación Preuniversitario BIOLOGÍA Retículo endoplasmático liso (REL), la mayor parte de su actividad se lleva a cabo por enzimas que se encuentran en sus membranas. En REL se sintetizan lípidos, fosfolípidos, colesterol y otros esteroides. Además de su función de síntesis de sustancias, participa en el proceso de desintoxicación celular. En células musculares almacena iones de Ca necesarios para la contracción muscular, en estas células el REL recibe el nombre de retículo sarcoplasmático. Retículo endoplasmático rugoso (RER), su función esta relacionada con los ribosomas que tiene adosados en la superficie de sus membranas. Sus principales funciones son: Síntesis de proteínas que generalmente son exocitada de la célula a través de vesículas, participan en la formación de proteínas de membrana, y glucosida proteínas y lípidos que formarán parte de la membrana plasmática. 6. APARATO DE GOLGI: Organelo de membranas simples ubicados en forma de cisternas independientes ubicadas unas sobre otras. Este organelo recibe el nombre de Dictiosoma en células vegetales. Sus principales funciones son: glucosidación de proteínas y lípidos de membrana, maduración de proteínas y de lípidos, empaquetamiento de ambas moléculas y formación de vesículas de secreción que exocitan estas moléculas, forman la pared celular durante la división citoplasmática de células vegetales, forma lisosomas con enzimas hidrolíticas. En conjunto la cara citoplasmática de la carioteca, RER, REL y el aparato de Golgi funcionan en forma coordinada para la formación de moléculas de membrana 20 Liceo de Aplicación Preuniversitario BIOLOGÍA glucosidadas. Además facilitan el transporte de sustancias en el interior de la célula. 7. LISOSOMAS: son organelos con membrana simple que contiene enzimas hidrolíticas (nucleasas, proteasas, lipasas y glucosidasas) cuya función es la degradación de moléculas que ingresen a la célula principalmente por endocitosis u organelos propios de la células que han dejado de funcionan(autofagia), los lisosomas son generados desde RER y el Aparato de Golgi. 8. PEROXISOMAS: son organelos de membrana simple que contienen enzimas oxidativas (catalasa) que degradan ácidos grasos, generando peróxido de oxígeno (H2O2), tóxico para las células. Otras enzimas degradan el H2O2 en agua y oxígeno, para evitar dañar la célula. Son muy abundantes en las células hepáticas (del hígado) donde cumplen una importante función desintoxicando las sustancias dañinas de la sangre por ejemplo los medicamentos y el alcohol etílico. En las plantas se reconocen dos tipos de 21 Liceo de Aplicación Preuniversitario BIOLOGÍA peroxisomas, uno en las hojas que provoca la fotorespiración (oxidación de carbohidratos en presencia de luz y O2, cuando baja la concentración de CO2) y los glioxisomas que permiten a las semillas, durante su proceso de germinación, transformar los ácidos grasos en azúcares. 9. NÚCLEO: Organelo que contiene el ADN, material genético que controla las actividades metabólicas celulares. Su membrana nuclear o carioteca, ya tratadas en esta guía. En el interior del núcleo se puede encontrar la cariolinfa, sustancia líquida del núcleo que contiene los nucleótidos necesarios para la formación de ADN o ARN, además de crear el ambiente necesario para las reacciones enzimáticas nucleares. Otro componente del núcleo es el Nucléolo, estructura formada por cadenas de ADN específico para la formación de ARNt y ARNr, estas zonas especiales del ADN son llamadas zonas organizadoras o NOR, en este lugar se generan las subunidades de los ribosomas. Una de las funciones más importante del núcleo es contener el ADN en forma de cromatina en células eucariotas (unión del ADN con proteínas histonas). La cromatina puede encontrase en dos estados, descondesada como Eucromatina o condensada como Heterocromatina (durante la interfase celular) o como cromosomas (durante la división celular) 22 Liceo de Aplicación Preuniversitario 10. BIOLOGÍA MITOCONDRIAS: Organelo de gran importancia en las células eucariontes, más abundantes en las células animales que en las vegetales, posee doble membrana separado por un espacio intermembrana la membrana interior se invagina formando pliegues llamadas crestas mitocondriales, que poseen la maquinaria enzimática responsable de los procesos metabólicos de generación de energía, el espacio interno de la mitocondria se llama matriz mitocondrial donde se lleva a cabo una vía metabólica de gran importancia llamada Ciclo de Krebs o Ciclo del Ácido Cítrico. Las vías metabólicas mitocondriales permiten general moléculas de ATP (adenosin trifosfato), molécula energética indispensable para la realización de la mayoría de las reacciones celulares. Dado su función, las mitocondrias serán abundantes en las células que hagan más gasto energético, por ejemplo las células musculares. ORGANELOS EXCLUSIVOS DE LAS CÉLULAS EUCARIONTE ANIMAL 11. CENTRIOLOS: son dos pequeños cilindros localizados en el interior del centrosoma, exclusivo de las células animales. Está formada por nueve tripletes de microtúbulos (9+0), su función es organizar las fibras del citoesqueleto (microtúbulos) durante la vida de la células y organizar los microtúbulos durante la división del núcleo (huso acromático). Además son los cuerpo basales donde se originan los cilios y flagelos. 23 Liceo de Aplicación Preuniversitario BIOLOGÍA ORGANELOS EXCLUSIVO DE LAS CÉLULAS EUCARIONTE VEGETAL 12. VACUOLA: Son compartimentos llenos de líquidos y delimitados por una membrana llamada tonoplasmo. Si bien es cierto que en las células animales podemos observarlas, no se trata de estructuras estables. Existen también vacuolas en organismo unicelulares, como las vacuolas contráctiles de algunos flagelados, que les permite regular su cantidad de agua y también mover agua hacia el exterior de la célula. La vacuola de células vegetales es un organelo estable y muy notorio, formado por la unión de muchas vacuolas de pequeños tamaño. Contiene agua, enzimas, proteínas, almidón, pigmentos hidrosolubles, nutrientes, sales minerales, sustancias de almacenamiento e incluso sustancias de desecho que no pueden ser eliminadas del citoplasma celular. Algunos pigmentos característicos de frutos, tallos y flores, estos pigmentos llamados antocianos (azules y rojos), los taninos (café y burdeo). Otra de las importantes funciones de las vacuolas vegetales es regular la presión osmótica y mantener estable la turgencia de la célula de tal modo de mantener la membrana plasmática de la célula vegetal pegada a la pared celular. 24 Liceo de Aplicación Preuniversitario 13. BIOLOGÍA PLASTIDIOS (CLOROPLASTOS): Son organelos membranosos propios de las células vegetales, aunque hay protozoos como la Euglena viridis que posee cloroplastos y bacterias con pigmentos fotosintéticos. Los plastidios tienen forma y tamaño variados, envueltos por una doble membrana y con ribosomas semejantes a los de los procariontes. Los plastidios se pueden clasifican de acuerdo a la presencia o no de pigmentos en: cromoplastos (fotosintéticos) y leucoplastos (almacenaje), respectivamente Cloroplastos Con pigmentos Cromoplastos Gerontoplastos( cloroplasto envejecido y de bajo rendimiento fotosintético) Etioplastos (cloroplasto de plantas que crecen en oscuridad) Amiloplastos (almidón) Sin pigmetnos Leucoplastos Proteinoplastos (proteínas) Oleoplastos (aceites) Los cromoplastos contienen pigmentos carotenoides como los carotenos (amarillo o anaranjado), licopina (rojo), xantofila (amarillo), clorofila (verde). Se encuentran en pétalos, hojas y tallos. El más importante es el cloroplasto. Los cloroplastos están limitados por dos membranas y en su interior se observa un complejo sistema de membranas formadas por estructuras ovaladas llamadas Tilacoides apiladas unas sobre otras, el conjunto de tilacoides recibe el nombre de Grana. El espacio interno del cloroplasto o matriz cloroplastidial se llama estroma, en él se puede encontrar ADN, ribosomas y maquinaria metabólica formada por una batería de enzimas que permiten la síntesis de moléculas. 25 Liceo de Aplicación Preuniversitario - - 14. BIOLOGÍA El proceso de la Fotosíntesis realizada por los cloroplastos ocurre en dos etapas llamadas: Etapa dependiente de la luz que ocurre en las membranas tilacoidales Etapa independiente de la luz que ocurre en el estroma, esta última es una vía metabólica llamada ciclo de Calvin Benson cuyo fin es la formación de una molécula organica de bajo peso molecular que permite sintetizar diferentes moléculas a partir de ella. LA fotosíntesis utiliza CO2, H2O y luz solar para generar moléculas orgánicas. PARED VEGETAL: La pared celular es una especie de exoesqueleto que le da protección y sostén mecánico a la célula vegetal y determina su forma. Está formada por celulosa(el producto más abundante en la tierra) y otros azúcares. Se trata de una cadena recta de polisacáridos formados por unidades de glucosa y moléculas de proteínas. Su formación se genera a partir del Aparato de Golgi o Dictiosoma y en algunos casos también desde la misma membrana. D. 26 Liceo de Aplicación Preuniversitario BIOLOGÍA TEORIA ENDOSIMBIOTICA La teoría endosimbiótica postula que algunos orgánelos propios de las células eucariotas, especialmente plastos y mitocondrias, habrían tenido su origen en organismos procariotas que después de ser englobados por otro microorganismo habrían establecido una relación endosimbiótica con éste. Se especula con que las mitocondrias provendrían de proteobacterias (por ejemplo, rickettsias) y los plastos de cianobacterias. La teoría endosimbiótica fue popularizada por Lynn Margulis en 1967, con el nombre de endosimbiosis en serie, quien describió el origen simbiogenético de las células eucariotas. RESPONDE LAS SIGUIENTES PREGUNTAS MARCANDO LA ALTERNATIVA CORRECTA 27 Liceo de Aplicación Preuniversitario BIOLOGÍA 1. Podemos encontrar plastidios en: A. Células Nerviosa B. Músculos C. Hojas de Manzano D. Hongos E. Células Renales 2. Señale la alternativa Correcta: 3. En bacterias el material genético está representado por una molécula de ADN, circular unido a proteínas no histónicas. I. Todos los seres vivos están formados de células y productos celulares. II. En los eucariontes su material genético está encerrado por una envoltura nuclear. A. Solo I B. Solo II C. Solo III D. I y II E. I, II y III 3. Son organelos de doble membrana: I. Núcleo II. Nucléolo III. Mitocondrias IV. Retículos endoplasmático liso V. Cloroplasto A. I, II y III B. II, III y V C. II, III, IV D. I, III y V E. III y V 4. ¿Cuál(es) de las siguientes características son del Retículo Endoplasmático Rugoso? 28 Liceo de Aplicación Preuniversitario BIOLOGÍA I. En su lumen las proteínas ya sintetizadas sufren cambios conformacionales. II. Está relacionado con el metabolismo de los lípidos intracelulares. III. En su superficie posee ribosomas, en los cuales se sintetizan las proteínas. IV. Está relacionada funcionalmente con el Aparato de Golgi A. Solo II B. Solo III C. I y III D. I, III y IV E. I, II, III y IV 5. Señale la Alternativa Falsa con respecto al Núcleo. A. La carioteca está compuesta por dos membranas similares a la membrana plasmática B. La carioteca posee una serie de poros a través de los cuales pasan distintos tipos de moléculas C. En muchas células la porción más visibles del núcleo es el nucléolo, que posee una membrana protectora D. El ADN se encuentra unido a un tipo de proteínas llamadas histonas E. En él se encuentra el material hereditario de la célula eucarionte, representado por los cromosomas. 6. ¿Cuál de las siguientes alternativas es Falsa? A. En los lisosomas se identifican cerca de 40 enzimas diferentes que realizan su acción directamente en el citoplasma B. El peroxisoma contiene una enzima, la catalasa, que degrada el peróxido de hidrógeno que es una sustancia tóxica para la célula. C. El glioxisoma es un tipo de microcuerpo que se encuentra en los vegetales D. Las vacuolas son vesículas de gran tamaño con contenido básicamente acuoso. E. Las células vegetales poseen exteriormente a la membrana plasmática una pared rígida que contiene celulosa y otros polisacáridos. En Base al siguiente esquema responda las preguntas 7 y 8. 29 Liceo de Aplicación Preuniversitario BIOLOGÍA 7. En relación a las estructuras A y C es correcto decir: I. Se encuentran solo en la cara externa de la célula II. El conjunto de estas moléculas reciben el nombre de Oligosacáridos III. La imagen A y C muestran respectivamente una glucoproteína y un glucolípido. IV. La estructura F representa una molécula proteica A. I y II B. II y III C. III y IV D. II, III y IV E. I, III y IV 8. La figura representa: I. El límite celular II. Una bicapa fosfolipídica III. Una estructura que separa el interior y el exterior celular. IV. Una estructura rígida y frágil. A. I y II B. II y III C. III y IV D. I, II, III E. I, II, III y IV 9. Son organelos sin membrana 30 Liceo de Aplicación Preuniversitario BIOLOGÍA I. Aparato de Golgi II. Peroxisomas III. Ribosomas III. REL A. Solo I B. Solo III C. I y III D. I, III y IV E. Ninguna de las anteriores. 10. El aparato de Golgi debe su nombre a su descubridor, el microscopista italiano Camillo Golgi. ¿Cuál de las siguientes afirmaciones respecto a este organelo No es correcta? A. En células vegetales recibe el nombre de Dictiosoma B. Funciona sobre todo como un aparato procesador, modificador y distribuidor de proteínas. C. Después de que las proteínas son sintetizadas por los ribosomas unidos a RER se transportan al aparato de Golgi mediante vesículas. D. En células animales hay sólo un Aparato de Golgi E. Ninguna de las anteriores 11. Entre otros caracteres, la célula eucarionte se diferencia de una procarionte porque las células eucariontes… I. Tiene núcleo definido II. Se divide por mitosis y/o meiosis III. Posee ribosomas de mayor tamaño IV. Son células de mayor tamaño. A. I y II B. II y III C. I, III y IV D. I, II y III E. I, II, III y IV 12. Son organelos de membrana simlpe: 31 Liceo de Aplicación Preuniversitario BIOLOGÍA I. Ribosomas II. Cloroplastos III. Mitocondrias IV. RE V. Lisosomas A. II y III B. IV y V C. I, III , IV y V D. II, III y IV E. Ninguna de las anteriores 13. El citoesqueleto de la célula eucarionte está constituído por diversos tipos de moléculas de origen proteíco, dentro de los cuales podemos citar: I. microtúbulos, compuestos de tubulina II. microfilamentos formado de proteínas de actina III. filamentos intemedios formados por proteínas diferentes A. Solo III B. I y II C. II y III D. I y III E. I, II y III 14. La pared celular de vegetales se forma principalmente a partir de A. RER B. REL C. Mitocondrias D. Membrana plasmática E. Aparato de Golgi 15. ¿En cuál de las siguientes opciones, todos los reinos mencionados incluyen seres vivos con capacidad fotosintetizadora? A. Animales, vegetales y protistas B. Vegetales, hongos y bacterias C. Hongos, protistas y bacterias D. Vegetales, protistas y bacterias E. Vegetales, animales y hongos 16. La difusión simple de una sustancia química a través de la membrana es un proceso de enorme importancia en la actividad celular. ¿Cuál de las sustancias listadas emplea fundamentalmente dicho mecanismo para entrar a una célula? A. Agua 32 Liceo de Aplicación Preuniversitario BIOLOGÍA B. Glucosa C. Colesterol D. Aminoácidos E. Iones 17. El citoesquelto está directamente involucrado en: A. La energía celular B. la morfología celular C. La diferenciación celular D. EL metabolismo celular E. La digestión celular 18. Al estudiar la velocidad con que se transportan dos sustancias químicas (X e Y), a través de una bicapa artificial fosfolipídica, se obtuvo el siguiente gráfico Al respecto, se podría afirmar que: A. La sustancia X es más hidrofóbica que la sustancia Y B. Ambas sustancias son igualmente hidrofílicas C. Es posible que la sustancia X sea un monosacárido D. Si X es glucosa Y podría ser colesterol E. Tanto X como Y serían de naturaleza iónica 19. La figura representa un proceso observado en muchos tipos celulares. Al respecto, dirías que se trata de: 33 Liceo de Aplicación Preuniversitario BIOLOGÍA A. Fagocitosis B. Pinocitosis C. Endocitosis D. Diálisis E. Exocitosis 20. ¿Cuál de las estructuras señaladas se puede encontrar en toda unidad considerada célula? A. Núcleo B. Mitocondrias C. Nucleolo D. Pared celular E. Membrana celular 21. Las proteínas de canal permite a los iones atravesar la membrana plasmática: I. Sin gasto de ATP II. en forma pasiva III. a favor del gradiente de concentración A. Solo I B. I y II C. I y III D. II y III E. I, II y III 22. LA fagocitosis, a diferencia de la pinocitosis, I. es un proceso que gasta energía II necesita el compromiso de la membrana III. incorpora partículas sólidas a la célula A. Solo III B. I y II C. I y III D. II y III E. I, II y III 23. En una célula vegetal inmersa en una solución hipertónica, es posible observar que: I. aumenta el volumen de su vacuola II. se separa la membrana celular de la pared celular III. aumenta la concentración de los solución al interior de la vacuola. A. Solo I B. Solo II 34 Liceo de Aplicación Preuniversitario BIOLOGÍA C. Solo III D. II y III E. I, II y III 24. Sobre la estructura denominada mosaico fluido, es correcto afirmar que.. I. es semipermeable II. posee proteínas de canal III. traduce señales hormonales A. Solo I B. I y II C. I y III D. II y III E. I, II y III 25. A diferencia de las células bacterianas, las células animales posee I. ribosomas II. material genético III. sistemas de endomembranas A. Solo I B. Solo II C. Solo III D. II y III E. I, II y III 26. NO corresponde a una función del retículo endoplasmático A. sintetizar proteínas B. detoxificar celular C. almacenamiento de calcio D. formar vesículas transportadoras E. formación la pared celular 27. La mitocondria es un organelo que… I. posee moléculas de ADN. II. está presente sólo en células animales III. presenta bicapa lipídica interna y externa A. Solo I B. Sólo II C. Sólo III 35 Liceo de Aplicación Preuniversitario BIOLOGÍA D. I y III E. II y III 28. Si una célula sintetiza colesterol, debe poseer un gran desarrollo de A. lisosomas B. ribosomas C. aparato de Golgi D. retículo endoplasmático liso E. retículos endoplasmático rugoso 29. Las estructuras proteicas que constituyen el citoesqueleto tienen relación con: I. división celular II. el movimiento celular III. la distribución de los organelos en el citoplasma A. Solo I B. Solo II C. Solo III D. II y III E. I, II y III 30. Asocie el organelos de la columna A con la función de la columna B que corresponda. 1. lisosoma I. digestión intracelular 2. aparato de Golgi II. fotosíntesis 3. retículo endoplasmático III. síntesis de proteínas 4. ribosomas IV. síntesis de lípidos 5. cloroplastos V. glicosidación de proteínas A. 1 I, 2 II, 3 III, 4 IV, 5 V 36 Liceo de Aplicación Preuniversitario BIOLOGÍA B. 1 I, 2 V, 3 IV, 4 III, 5 II C. 1 III, 2 V, 3 III, 4 II, 5 V D. 1 II, 2 I, 3 IV, 4 III, 5 V E. 1 IV, 2 III, 3 I, 4V, 5 II 31. Una célula animal se diferencia de una célula vegetal en que posee I. centriolos II. mitocondrias III. membrana plasmática A. Solo I B. Solo II C. I y II D. II y III E. I y III 32. El núcleo se caracteriza por contener I. nucleólo II. centriolo III. cromatina A. Solo I B. Sólo II C. Sólo III D. I y II E. I y III 33. Sobre la pared celular se puede afirmar correctamente que: I. está presente en las células de todos los reinos II. otorga resistencia, protección y forma típica a las células III. controla selectivamente lo que ingresa y sale de las células. A. Solo I B. Solo II C. Sólo III D. I y II 37 Liceo de Aplicación Preuniversitario BIOLOGÍA E. I, II y III 34. EL charqui es carne salada que se deshidrata. Esta carne no se descompone en el proceso, porque las bacterias que podrían afectarla experimentan A. Citólisis B. Crenación C. Turgencia D. Hiperhidratación E. Plasmólisis 35. Si tenemos dos recipientes de 1cm3 de capacidad cada uno y uno de se llena con glóbulos rojos de mamífero y el otro con bacterias, se puede constatar que… A. habrá igual número de bacterias que de glóbulos rojos B. habrá mayor número de glóbulos rojos que de bacterias C. habrá mayor número de bacterias que de glóbulos rojos D. no se puede determinar si hay distinto número de bacterias que de glóbulos rojos, ya que dependerá de la especie de bacteria de que se trate. E. no se puede determinar si hay distinto número de bacterias que de glóbulos rojos, ya que dependerá de la especie de mamífero del que se obtengan los glóbulos rojos 36. Una molécula que posee una porción de su estructura hidrofóbica y a la vez otra porción hidrofilica se dice que es: A. Bipolar B. Anfótera C. Polar D. Apolar E. Anfipática 37. ¿Cuál es el nombre de los carbohidratos que se observan en la superficie exterior de las bicapa lipídica de ciertas células eucariontes? A. Glucógeno B. Celulosa C. Glicocalix D. Almidón E. Mureína 38 Liceo de Aplicación Preuniversitario BIOLOGÍA 38. ¿Cuál es el nombre que recibe el proceso por el que las moléculas fluyen naturalmente desde áreas de mayor concentración a otras de menor concentración? A. Diálisis B. Difusión C. Radiación D. Respiración E. Conducción 39. Si al estudiar el ingreso de una sustancia hidrofílica a una célula se comprueba que la presencia de inhibidores de la actividad mitocondrial no afectan notoriamente su velocidad de ingreso, permitiría afirmar que el transporte involucrado correspondería a: A. Endocitosis B. Fagocitosis C. Difusión simple D. Difusión facilitada E. Transporte activo 40. Si se inhiben selectivamente las enzimas presentes en el retículo endoplasmático liso, se observará: A. una detención de la síntesis de proteínas B. una disminución en la producción de azucares C. una inhibición de la síntesis de colesterol D. un cese de la función lisosomal E. un cese de la glicosilación de proteínas. Solucionario N° Alternativa N° Alternativa N° Alternativa N° Alternativa Pregunta Correcta Pregunta Correcta Pregunta Correcta Pregunta Correcta 1 2 C E 11 12 E B 21 22 E A 31 32 A E 39 Liceo de Aplicación Preuniversitario 3 4 5 6 7 8 9 10 D D C A E D B D 13 14 15 16 17 18 19 20 BIOLOGÍA E E D C B A E E 23 24 25 26 27 28 29 30 D E C E D D E B 33 34 35 36 37 38 39 40 C E C E C B D C Bibliografía: - Mundido Schorr, Irene, Manual de Preparación Ciencias, modulo común obligatorio 1° y 2°, Ediciones UC Manual de Preuniversitario, La Araucana Manual de Preuniversitario Pedro de Valdivia Manual de Preuniversitario Universidad de Chile Manual de Preuniversitario Universidad Católica. 40