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Colegio Alberto Blest Gana
“Jóvenes emprendedores para el siglo XXI”
Coordinación Académica
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SUBSECTOR DE APRENDIZAJE: BIOLOGIA
MÓDULO DE APRENDIZAJE: LA CÉLULA / (Obtenido y modificado de www.carampangue.cl)
NIVEL: 1° MEDIO
PROFESORA: IVETTE VELOSO ÑANCO
OBJETIVOS DE APRENDIZAJE:
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Identifican en ilustraciones los principales organelos y estructuras involucradas en las funciones celulares.
Describen la función general de los principales organelos y estructuras de la célula eucarionte.
Distinguen diferencias y similitudes entre células animales y vegetales, a partir del reconocimiento de sus principales organelos y
estructuras.
Distinguen los principales elementos diferenciales entre células eucariontes y procariontes.
Identifican a los carbohidratos, proteínas, lípidos, ácidos nucleicos como los principales constituyentes moleculares de las células.
Por ejemplo, en la membrana plasmática.
Identifican los componentes inorgánicos de la célula y su importancia en la constitución de esta.
Describen la composición atómica y estructural de las principales moléculas orgánicas.
Describen las principales funciones que cumplen en la célula los carbohidratos, proteínas, lípidos y ácidos nucleicos.
Describen el rol de las enzimas como catalizadores biológicos esenciales en el metabolismo celular incluyendo la especificidad
de sustrato y de acción.
Identifican las condiciones necesarias de temperatura, pH, disponibilidad de sustrato para el óptimo funcionamiento enzimático en
la célula aplicados a ejemplos concretos, tales como en el proceso digestivo.
Mencionan que las células eucariontes comparten la misma composición molecular, pero que su morfología varía de acuerdo al
tejido que componen y su función específica.
Distinguen los organelos celulares especializados más característicos de diferentes tipos celulares y la consecuencia sobre la
función celular.
Describen mecanismos de intercambio entre la célula y su ambiente en relación con las características de la membrana
plasmática según el modelo de mosaico fluido.
Dan ejemplos de procesos fisiológicos cotidianos en los cuales operan diversos mecanismos de intercambio de sustancias.
Explican que la célula requiere intercambiar en permanencia sustancias del medio externo, ya sea para incorporar distintas
sustancias necesarias para su funcionamiento y también para excretar desechos hacia el exterior, manteniendo estable su medio
interno.
1. Organización, estructura y función celular
La invención del microscopio fue fundamental en la historia de la biología
Si bien la biología actual se basa en que todos los seres vivos funcionan gracias a las células que los forman, tal idea
surgió recién hace poco mas de 160 años. Cabe preguntarse entonces, ¿qué se sabía sobre la vida y los seres vivos antes de
saber de las células? En la tabla 1 se resumen algunos de los hitos más importantes de la biología “pre-celular”.
Tal como se señala en la tabla 1, no se describió a las células sino hasta 1665, cuando Robert Hooke examinó un trozo de corcho
con un microscopio que había fabricado (figura 1). En su libro Micrographia, Hooke dibujó y describió muchos de los objetos que había
visto al microscopio. En realidad no vio células en el corcho, sino las paredes de las células de corcho muertas (figura 2). No fue sino
hasta mucho tiempo después cuando se supo que el interior de la célula, rodeado por las paredes, es la parte importante de la estructura.
Unos pocos años después de que Hooke describiera células de corcho muertas, el naturalista holandés Anton van Leeuwenhoek
observó células vivas con lentes pequeñas que él pulió. Sin embargo, no dio a conocer sus técnicas de fabricación de lentes, y transcurrió
más de un siglo antes de que los
biólogos advirtieran la importancia de los
microscopios y lo que podrían revelar.
No fue sino hasta principios del siglo XIX
cuando los microscopios estuvieron lo
suficientemente desarrollados para que
los biólogos pudieran iniciar el estudio de
las células.
Figura 1. Microscopio utilizado por Robert Hooke
Figura 2. “Células” de corcho vistas
por Hooke con su microscopio
El microscopio óptico, el tipo usado
en casi todos los colegios, consiste en un
tubo con lentes de aumento en cada
extremo. (Dado que contiene varias
lentes, este instrumento a veces se
denomina microscopio compuesto.) El
principio es muy simple: por el objeto que
se observa y por las lentes pasa luz
visible. Las lentes refractan (desvían) la
luz, con lo que la imagen se amplifica.
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Tabla 1. Principales hitos de la historia de la biología, antes de la teoría celular
Año
Hito
1800 AC
1550 AC
500 AC
420 AC
350 AC
320 AC
300 AC
280 AC
250 AC
180
1316
1543
1553
1555
1590
1603
1614
1620
1624
1628
1653
1658
1660
1661
1665
1668
1669
1676
1680
1682
1683
1686-91
1733
1735
1745
1748
1749
1752
1759
1768
1771
1779
1779
1780
1783
1796
1798
1800
1801
1806
1809
1810
1817
1822
1825
1827
1827
1831
1836
1837
1838
Uso de la fermentación
Primera compilación de curas para enfermedades
Primeras disecciones humanas con fines científicos
“Todas las enfermedades tienen causas naturales”
Primera clasificación de los animales
Primer libro de anatomía
Distinción entre arterias y venas
Nervios pueden ser sensoriales o motores
Complejidad del cerebro humano explica su inteligencia
Anatomía comparada, importancia de la médula espinal
Primer tratado exclusivamente dedicado a la anatomía
Nuevo tratado de anatomía humana
Circulación pulmonar
Estudio de homologías entre animales de distribuciones distantes
Invención del microscopio (aunque sin fines científicos)
Función de las válvulas venosas
Primeras evidencias de las transformaciones químicas del cuerpo
Bases del método científico. Inducción por sobre la deducción
Evidencias de transformaciones químicas en plantas
Circulación sanguínea
Descubrimiento de los vasos linfáticos
Descubrimiento de los glóbulos rojos. Entomología
Descubrimiento de los vasos capilares
Importancia del balance ácido base del cuerpo. Digestión es química
Publicación de “Micrographia”: se les llama células a las células
“Golpe” a la teoría de la generación espontánea
Fósiles son animales que vivieron hace mucho tiempo
Perfeccionamiento de lentes permite ver muchos microorganismos
Músculos y huesos funcionan en base a sistemas de palancas
Las plantas son seres sexuales, igual que muchos animales
Descubrimiento de las bacterias
Clasificación de plantas y animales
Medición de la presión sanguínea
Taxonomía y nomenclatura binominal
Hay hierro en la sangre (elemento traza)
Descubrimiento de la osmosis (traspaso de agua a través de una membrana)
Ideas transformistas: cree en la evolución de los seres vivos
Evidencias que la digestión es un proceso químico
Los embriones no son miniaturas. Desarrollan tejidos indiferenciados
Ni siquiera los microorganismos surgen por generación espontánea
Relación entre plantas, animales y dióxido de carbono
Fertilización es un proceso que requiere al padre y a la madre
Las plantas con clorofila usan CO2 y producen O2 solo en presencia de luz
La contracción muscular tiene “algo” que ver con la electricidad
La respiración es una combustión
Vacunación contra la polio
Anatomía compaada como evidencia evolutiva
Descripción de 21 tejidos distintos, que formaban todos los órganos
Primera clasificación de los invertebrados. Invención de la palabra “biología”
Aislamiento de la Asparagina (desde el espárrago)
Primera teoría evolutiva
Distinción funcional entre materia gris y blanca del sistema nervioso
Aislamiento de la clorofila de las plantas
Descubrimiento del primer fósil de dinosaurio: el Iguanodonte
Detalles del proceso digestivo, mediante vivisección (accidental)
El óvulo está dentro del folículo
Clasificación de los alimentos en base a composición química
Las células tienen núcleo
Aislamiento de la primera enzima animal
La fotosíntesis sólo ocurre en células vegetales
Todos los seres vivos están formados y funcionan mediante células
Descubridor o inventor
Egipto
Egipto
Alcmaeon (Grecia)
Hipócrates (Grecia)
Aristóteles (Grecia)
Teofastro (Grecia)
Praxágoras (Grecia)
Herófilo (Grecia)
Erasistrato (Grecia)
Galeno (Grecia)
De Luzzi (Italia)
Vesalio (Flandes, España)
Servet (España)
Belon (Francia)
Janssen (Holanda)
Fabricio (Italia)
Santorio (Italia)
Bacon (Inglaterra)
Van Helmont (Flandes, España)
Harvey (Inglaterra)
Rudbeck (Suecia)
Swammerdam (Holanda)
Malpighi (Italia)
Silvio (Holanda)
Hooke (Inglaterra)
Redi (Italia)
Steno (Dinamarca)
Leeuwenhoek (Holanda)
Borelli (Italia)
Grew (Inglaterra)
Leeuwenhoek (Holanda)
Ray (Inglaterra)
Hales (Inglaterra)
Linneo (Suecia)
Menghini (Italia)
Nollet (Francia)
Buffon (Francia)
Réaumur (Francia)
Wolff (Alemania)
Spallanzani (Italia)
Priestley (Inglaterra)
Spallanzani (Italia)
Ingenhousz (Holanda)
Galvani (Italia)
Lavoisier (Francia)
Jenner (Inglaterra)
Cuvier (Francia)
Bichat (Francia)
Lamarck (Francia)
Vauquelin (Francia)
Lamarck (Francia)
Gall (Alemania)
Pelletier y Caventou (Francia)
Mantell (Inglaterra)
Beaumont (Estados Unidos)
Von Baer (Rusia)
Prout (Inglaterra)
Brown (Inglaterra)
Schwann (Alemania)
Dutrochet (Francia)
Schleiden y Schwann (Alemania)
A partir del modelo básico, biólogos, físicos e ingenieros han colaborado en la creación de una diversidad de
microscopios para analizar estructuras cada vez más pequeñas y precisas. En algunos casos, los biólogos utilizan microscopios
para observar células vivas. Sin embargo, en la mayor parte de los casos, el espécimen debe prepararse con cuidado,
haciendo cortes o secciones muy delgadas y tiñéndolos.
Los microscopios ópticos proporcionan una variedad de imágenes, dependiendo de cómo se ilumine la muestra (por
ejemplo, desde arriba [campo oscuro] o desde abajo [campo claro]) o si ha sido teñida. La estructura más pequeña que puede
observarse es de 1 micrómetro aproximadamente (la milésima parte de un milímetro).
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La teoría celular surge tras el análisis microscópico de células vegetales y animales
Como se sugiere en la primera parte de esta guía, el conocimiento humano de la naturaleza celular de la vida fue lento.
Debe reconocerse que Robert Hooke, junto con definir “célula” al referirse a los espacios dejados por las paredes celulares del
tejido del alcornoque (corcho), también señaló que "dichas celdillas están llenas de jugos." Sin embargo, Hooke no dijo lo que eran
estas células y como se relacionaban con la vida de todas las plantas.
En 1673, el inventor holandés, Anton Van Leeuwenhoek dio a conocer a la Sociedad Real Británica sus observaciones
acerca de los eritrocitos, espermatozoides y de una gran cantidad de "animáculos" microscópicos contenidos en el agua de los
charcos. Pasó más de un siglo antes de que los biólogos comenzaran a entender la importancia de las células en la vida en la
Tierra. Los microscopistas primero se dieron cuenta de que muchas plantas estaban formadas completamente por células. La
pared gruesa que rodea a todas las células de las plantas hizo que estas observaciones fueran fáciles. Sin embargo, las células
animales fueron descubiertas hasta 1830, cuando el zoólogo alemán Theodor Schwann vio que el cartílago contiene células que
"semejan exactamente a las células de las plantas". En 1839, después de estudiar las células durante años, Schwann publicó su
teoría, llamando células a las partes elementales, tanto de plantas como de animales. A mediados de 1800, un botánico alemán,
llamado Mattias Schleiden, tuvo una visión científica más refinada de las células al escribir: "...es fácil percibir que los procesos
vitales de las células individuales deben formar los fundamentos básicos absolutamente indispensables" de la vida.
En pocos años, varios microscopistas habían observado que las células vivas podían crecer y dividirse en células más
pequeñas. En 1858, el patólogo austríaco, Rudolf Virchow escribió: "cada animal es la suma de sus unidades vitales, cada una de las
cuales contiene todas las características de la vida". Es más, Virchow predijo: "donde hay una célula, tiene que haber existido una
célula anterior, de la misma manera que un animal se forma de otro animal y una planta sólo de una planta". Cabe recordar que en
aquellos años todavía existían defensores de la abiogénesis, es decir la posibilidad de generar vida desde materia inanimada.
Desde la perspectiva que proporcionaba la teoría de la evolución de Darwin, que se publica al año siguiente (1859), el
concepto de Virchow adquiere un significado mucho mayor: hay una continuidad inquebrantada entre las células modernas – y los
organismos que las poseen – y las primeras células primitivas de la Tierra. La idea de que todas las células vivas de hoy tienen
antecesoras que se remontan a tiempos antiguos fue planteada por primera vez hacia 1880 por el biólogo alemán August Weismann.
De esta manera, los tres principios de la teoría celular moderna evolucionaron directamente de los enunciados de Virchow:
1.
Cada organismo vivo está formado por una o más células.
2.
Los organismos vivos más pequeños son células únicas y las células son unidades funcionales de los organismos multicelulares.
3.
Todas las células provienen de células preexistentes.
Figura 4. Los precursores de la actual teoría celular
Theodor Ambrose Schwann
(1810 – 1882)
Matthias Jakob Schleiden
(1804 – 1881)
Rudolf Virchow
(1821 – 1902)
August Weismann
(1834-1914)
Las células tienen distintas formas, tamaños y funciones, pero comparten algunas características comunes
Tras la difusión de la teoría celular, fueron muchos los hallazgos en torno a la diversidad de células que era posible encontrar
en los seres vivos. Sin embargo, existen algunas condiciones compartidas por todas la células independiente del origen que esta
tenga:
 Membrana celular: todas las células están rodeadas por una membrana celular. Esta actúa como una barrera entre el interior
de la célula y su medio ambiente. También controla el paso de materiales dentro y fuera de la célula.
 Material hereditario: en coherencia con el tercer postulado de la teoría celular, cuando se forman nuevas células, reciben una
copia del material hereditario de las células originales. Este material es el ADN, que controla las actividades de una célula.
 Citoplasma y organelos: Las células tienen sustancias químicas y estructuras que le permiten comer, crecer y reproducirse,
las cuales se llaman organelos. Los organelos están rodeados por un fluido llamado citoplasma.
 De tamaño pequeño: la mayoría de las células son invisibles a simple vista. Ya tuviste ocasión de constatar tal hecho en el
primer trabajo práctico. Tú mismo estás formado por cerca de 100 billones de células y para cubrir el punto de la letra i se
necesitarían cerca de 50!
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La célula eucarionte posee núcleo y una gran variedad de organelos de formas y tamaños bien definidos
Actividad 1. Identificación y descripción de los organelos de una célula eucarionte
En la figura 5 se esquematiza una célula eucarionte, con toda su variedad de organelos. Las micrografías que
encontrarás más abajo corresponden a los organelos con sus respectivos nombres. Tu tarea es rotular (poner los nombres) el
esquema de la célula tras comparar el esquema
Figura 5. Esquema de una célula eucarionte
con las micrografías. Para justificar tu decisión,
deberás realizar una descripción de cada
organelo en el espacio asignado.
Micrografía
Nombre y tamaño
Mitocondria
D.: 0,4 a 0,8 μm
L.: 4 a 9 μm
Descripción
Centriolos
D.: 0,2 μm
L.: 0,5 a 0,7 μm
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Aparato de Golgi
L.: 1,5 μm aprox.
(ancho muy relativo)
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A. Núcleo
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D.: 3 -10 μm
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B. Nucleolo
D.: muy relativo
C. Carioteca
(membrana interna y
externa del núcleo)
Espesor: 30 – 50 nm
Retículo Endoplásmico
Rugoso (RER) (en verde)
Su tamaño depende del tipo
de célula
Ribosomas (en café)
D.: 20 a 25 nm
Peroxisoma
D.: 0,2 a 1 μm
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B. Citoesqueleto
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D.: 7 a 25 nm
L.: de unos pocos nm hasta _____________________________
varios cm
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A. Citosol
Posee un volumen casi
equivalente al de la célula
Membrana plasmática
Espesor: 8,5 a 10 nm
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Retículo Endoplásmico
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Liso (REL)
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Su tamaño depende del tipo
_____________________________
de célula
_____________________________
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_____________________________
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_____________________________
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Ribosomas
D.: 20 a 25 nm
Lisosomas
D.: 0,25 a 0,8 μm
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La célula eucarionte puede estudiarse según las estructuras presentes en cada compartimento
A continuación se describen las estructuras más
importantes
de una célula eucarionte. Se debe tener
Membrana
Citosol
plasmática
presente que la principal condición de este tipo de célula
es el hecho de tener compartimentos independientes.
Célula
Citoesqueleto
Tales compartimentos permiten estudiar la célula en base
Citoplasma
eucarionte
a ambientes y zonas límite que tienen funciones
específicas. Sin embargo, debe recordarse que de una u
Organelos
Núcleo
otra forma, todas las estructuras de una célula están
estrechamente relacionadas. El el esquema de la figura 6
sirve de referencia para establecer las primeras relaciones
Figura 6. Organización general de una célula eucarionte.
de ubicación. Toda célula eucarionte consta de una
membrana plasmática que envuelve al citoplasma y al núcleo. Si bien el núcleo está rodeado de citoplasma, su tamaño, función y
características de su membrana se definen mejor si se describe en forma independiente a los demás componentes
citoplasmáticos.
El citoplasma posee una fase semilíquida, el citosol, que está atravesado por una red compleja de citoesqueleto.
Embebidos en el citosol y afirmados por el citoesqueleto, se ubican los organelos y las inclusiones citoplasmáticas.
MEMBRANA PLASMÁTICA
La membrana plasmática es una estructura superficial limitante, que da individualidad a la célula, separándola del medio externo o de
otras unidades similares.
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Organización:
La membrana plasmática de las células
animales y vegetales está formada por lípidos y
proteínas, además de una pequeña cantidad de
carbohidratos.
Los principales lípidos de la membrana son
fosfolípidos, que se disponen formando una
doble capa. Distribuidas en la bicapa se
encuentran distintos tipos de proteínas, ya sea
atravesándola (proteínas integrales) o
dispuestas sobre la cara interna (proteínas
periféricas). Al igual que los lípidos, estas
proteínas pueden cambiar de lugar,
otorgándole un gran dinamismo estructural a la
membrana.1
Figura 7. Estructura general de la m. plasmática
Funciones:
 Participación en procesos de reconocimiento celular.
 Determinación de la forma celular.
 Recepción de información externa y transmisión al interior celular.
 Regulación del movimiento de materiales entre los medios intra y
extracelular y mantención de la concentración óptima para llevar a
cabo los procesos celulares.
Conexiones
Desde
Citoesqueleto: fibras citoesqueléticas se asocian con proteínas
de la m. plasmática
Citosol: muchas de las sustancias que atraviesan la membrana
provienen del citosol
REL: los fosfolípidos de la m. plasmáticas se forman en el REL
Tipo de célula:
Todas las células, sin excepción. Cabe señalar, sin embargo,
que ciertas células animales poseen un alto grado de
desarrollo de su membrana, en cuanto a la proyección de
plegamientos (por ej. células gliales del sistema nervioso) o
microvellosidades (por ej. células intestinales y renales)
Hacia
Citosol: Toda sustancia que atraviesa la membrana, llega al citosol
Vacuola fagocítica: la vacuola se forma de un plegamiento de la
membrana plasmática
CITOSOL
Fig. 8. Aspecto del citosol al MET (en la “lupa”)
Organización:
El citosol constituye el medio celular en el que ocurren procesos de biosíntesis
(fabricación) de materiales celulares y de obtención de energía. Procesos
mecánicos como el movimiento del citoplasma o ciclosis en células vegetales y
la emisión de seudópodos en las células animales dependen de las
propiedades de semilíquido del citosol.
El citosol está compuesto por agua, enzimas, ARN, proteínas estructurales,
inclusiones, etc. y constituye cerca del 54% del volumen total de una célula.
Funciones:
 Síntesis de moléculas orgánicas, por ej., proteínas mediante ribosomas
 Transporte, almacenamiento y degradación de moléculas orgánicas, como grasas y glucógeno
Tipo de célula:
Todas, en general.
Conexiones
Desde
Hacia
M. plasmática: transporte de sustancias que ingresan a la célula
Núcleo: transporte de nucleótidos y proteínas ribosomales
Núcleo: transporte de ARN
M. plasmática: transporte de sustancias de desecho
1
Más detalles estructurales y funcionales de la membrana plasmática, se entregan en la página 28
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CITOESQUELETO
Es una red de filamentos proteicos que surca el citosol, participando en la determinación y conservación de la forma celular, en la
distribución de los organelos en el citosol y en variados tipos de movimientos celulares. Los principales tipos de filamentos
citoesqueléticos son:
Figura 9. Tres tipos de fibras citoesqueléticas
Organización:
Funciones:
Microfilamentos: cadenas dobles
trenzadas, cada una formada por
un hilo de subunidades de una
proteína llamada actina; cerca de
7 nm de diámetro y hasta varios
centímetros de longitud (en el
caso de células musculares).
Contracción muscular;
cambios en la forma celular,
incluida la división
citoplasmática en las células
animales; movimiento
citoplasmático; movimiento de
seudópodos
Filamentos intermedios: constan
de 8 subunidades formadas por
cadenas proteicas que parecen
cuerdas; 8 - 12 nm de diámetro y
10-100 mm de longitud.
Mantenimiento de la forma
celular; sujeción a
microfilamentos en células
musculares; soporte de
extensiones de células
nerviosas; unión de células.
Microtúbulos: tubos formados por
subunidades proteicas espirales
de dos partes; cerca de 25 nm de
diámetro y pueden alcanzar 50
mm de longitud. La proteína que
forma las subunidades se llama
tubulina.
Movimiento de cromosomas
durante la división celular
coordinado por los centriolos;
movimiento de organelos
dentro del citoplasma;
movimiento de cilios y flagelos
Tipo de célula:
En general, todas las células eucariontes poseen los tres tipos de componentes citoesqueléticos. El uso de uno u otro dependerá
de la tarea específica de la célula. Sólo las células animales poseen centriolos para coordinar la división celular. Las células
ciliadas pueden ser independientes como muchas especies de organismos unicelulares o formando tejidos, como es el caso de la
superficie interna de la tráquea o la trompa de Falopio. Los flagelos se pueden encontrar en protozoos y espermatozoides.
Conexiones
Desde
Ribosomas: síntesis de todas las proteínas
citoesqueléticas
Hacia
La mayoría de los organelos está afirmado por el citoesqueleto
M. plasmática: Muchas fibras está fijas a proteínas de la membrana
Vesículas: los movimientos de lisosomas, vacuolas, etc. dependen del
citoesqueleto.
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NÚCLEO
El núcleo es una estructura que se presenta en todo tipo de célula, excepto en las bacterias y cianobacterias. Comúnmente existe
un núcleo por célula, si bien algunas células carecen de éste (como el glóbulo rojo) y otras son bi o plurinucleadas (como las
células del músculo esquelético). La forma nuclear es variable dependiendo en gran parte de la forma celular, en tanto su tamaño
guarda relación con el volumen citoplasmático. Figura 10. Morfología y relaciones estructurales del núcleo
Organización:
Cuando la célula no se está dividiendo, el núcleo está constituido por una envoltura nuclear o carioteca, el material genético o
cromatina y uno o más nucléolos. Tanto la cromatina como el nucléolo están incluidos en un medio semilíquido llamado jugo
nuclear o carioplasma. Durante la división celular se pierde esta organización, ya que desaparece la carioteca y el nucléolo, en
tanto la cromatina se condensa y forma a los cromosomas.
Carioteca: Es una doble membrana provista de poros. Forma parte del sistema de membranas internas de la célula, presentando
continuidad con el RER. Su superficie externa suele presentar ribosomas adheridos, mientras que a la superficie interna se
adosan gránulos de cromatina. A través de los poros se mantiene un intercambio permanente de materiales entre el carioplasma y
el citoplasma.
Cromatina: Es una red de gránulos y filamentos constituida por ADN y proteínas. El ADN es la molécula que posee la información
con el diseño de todas las proteínas que es capaz de elaborar el organismo de una especie. Cuando la célula se dispone a
dividirse, la cromatina se duplica y luego se condensa para formar los cromosomas, que actúan como portadores de la
información hereditaria.
Nucléolo: Es una estructura intranuclear desprovista de membrana. Alcanza su mayor desarrollo, en cuanto a tamaño y cantidad,
en células que sintetizan activamente proteínas. En el nucleolo se sintetiza ARN y además se arman los ribosomas que luego se
desplazan hasta el citosol y/o RER a través de los poros nucleares
Funciones:
Tipo de célula:
Células eucariontes en general. El nucleolo tiene mayor
 Separa el material genético del citosol.
desarrollo en células con activa síntesis de proteínas, por
 Controla la síntesis de proteínas.
ejemplo algunos tipos de células glandulares
 Ensambla los ribosomas en el nucleolo.
Conexiones
Desde
Citosol: recibe proteínas que controlan la lectura del ADN
Hacia
Citosol: traspasa ribosomas y ARN
RER: traspasa ribosomas
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RETÍCULO ENDOPLÁSMICO
Es un organelo constituido por un sistema de túbulos y vesículas
interconectados que comunica intermitentemente con las
membranas plasmáticas y nuclear y que funciona como un
sistema de transporte intracelular de materiales. Hay dos tipos
de retículo endoplásmico:
 RETÍCULO ENDOPLÁSMICO RUGOSO (RER)
 RETÍCULO ENDOPLÁSMICO LISO (REL)
Organización:
Rugoso (RER): posee membranas dispuestas en sacos
aplanados que se extienden por todo el citoplasma. Están
cubiertas en su superficie externa por ribosomas.
Liso (REL): posee membranas dispuestas como una red mas
bien tubular, que no suele ser tan extendida como el RER. No
posee ribosomas en su superficie.
Figura 11. Morfología y relaciones estructurales del RE
Funciones:
Rugoso (RER):
 Almacenamiento y transporte de las proteínas fabricadas en
los ribosomas que posee adosados
Liso (REL):
 Síntesis de lípidos, como esteroides, fosfolípidos y
triglicéridos.
 Detoxificación de materiales nocivos y medicamentos que
penetran en las células, especialmente en el hígado.
Conexiones
Desde
Núcleo: RER recibe ribosomas que se adhieren en su superficie
externa
Ribosomas del RER: RER adquiere proteínas para su
almacenamiento y transporte
Tipo de célula:
En general, en todo tipo de células eucariontes.
Como la función de los ribosomas es la síntesis de proteínas,
el RER abunda en aquellas células que fabrican
grandes cantidades de proteínas.
El REL es abundante en células especilizadas en la síntesis de
lípidos, por ejemplo las células que fabrican esteroides
como algunas células de los órganos sexuales.
Hacia
Aparato de Golgi: transporta proteínas del RER y lípidos del
REL
APARATO DE GOLGI
Organización:
Es un organelo único del sistema de membranas internas constituido
por sacos aplanados o cisternas apiladas y vesículas.
Fig. 12. Morfología y
relaciones estructurales del
A. de golgi
Funciones:
 Procesa, clasifica y capacita las moléculas sintetizadas en el
RER y REL, para convertirlos en moléculas funcionales
 Sintetiza moléculas que forman parte de paredes (celulosa) o
de membranas celulares (glicolípidos y glicoproteínas).
 Produce vesículas de secreción, llenas de materiales originados
en el RER y REL
 Participa en la formación de lisosomas, así como del acrosoma,
estructura del espermio que posibilita su penetración al óvulo.
Tipo de célula:
Está especialmente desarrollado en células que participan
activamente en el proceso de secreción en las cuáles distribuye
intracelularmente y exterioriza diversos tipos de sustancias
sintetizadas en el RER y REL.
Conexiones
Desde
Hacia
RER: Golgi modifica las proteínas sintetizadas por el RER
Lisosomas: Golgi da origen a los lisosomas
REL: Golgi modifica los lípidos sintetizados por el REL
M. plasmática: Golgi libera vesículas que se liberan en la
membrana; produce moléculas que forman parte de la membrana
LISOSOMAS
Organización:
Son organelos provistos de una membrana limitante que encierra gran cantidad de enzimas digestivas, que degradan materiales provenientes del
exterior o de la misma célula. Son heterogéneos, aunque la mayoría se puede definir como redondeado u ovoide. Su membrana es resistente a las
enzimas que contiene y protege a la célula de la autodestrucción. Su número oscila entre unos pocos y varios cientos por célula.
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Funciones:
Figura 13. Funciones
 Digestión de material extracelular mediante la exocitosis de
de los lisosomas
enzimas; así ocurre la digestión de los alimentos en el tubo
digestivo, la remodelación del hueso formado y la
penetración del espermio en la fecundación. (fig. 9A)
 Digestión de restos de membranas celulares mediante
“autofagia”. Esto permite la renovación y el recambio de
organelos en células dañadas o que envejecen. (fig. 9B)
 Digestión de alimentos y otros materiales incorporados a la
célula; esto permite alimentarse de gérmenes a ciertas
células de funciones defensivas (fig. 9C)
 Mediante el rompimiento de la membrana lisosomal en
forma programada, la célula puede determinar su
autodestrucción, fenómeno que es crucial en varias etapas
de la vida y se denomina “apoptosis” (fig. 9D)
Tipo de célula:
Son organelos presentes en células eucariontes en general.
Son especialmente importantes en células de órganos
digestivos, en el tejido óseo (huesos), en el espermio, los
glóbulos blancos, entre muchos otros.
Conexiones
Desde
Hacia
Golgi: Los lisosomas son vesículas
M. plasmática: al liberar enzimas mediante vesículas que se funden con la m. plasmática
construidas en el Golgi
Vacuola fagocítica o alimentaria2: se pueden fundir con vacuolas para digerir el interior
Cualquier organelo membranoso: para realizar autofagia
PEROXISOMAS
Figura 14. Peroxisomas junto a otros organelos
Se parecen a los lisosomas en que también son organelos redondeados, que
poseen una serie de enzimas en su interior.
Organización:
La concentración de enzimas que poseen en su interior es tal, que tienden a
formar cristales, los que se aprecian como manchas oscuras en su interior. Dos de
sus enzimas más importantes son la catalasa y la urato oxidadasa
Funciones:
 Sus enzimas utilizan O2 para eliminar átomos de hidrógeno a varios tipos de
moléculas orgánicas, a través de una reacción química que produce peróxido
de hidrógeno (H2O2). A su vez, toma el H2O2, junto a diversas sustancias que
pueden resultar tóxicas (por ej. el alcohol), y transformarlas en agua.
 Participa en ciertas etapas de degradación de las grasas
Tipo de célula:
Presentes en todas las células eucariontes. Especialmente numerosos en células del hígado y los riñones.
Conexiones
Desde
Citosol: todas sus enzimas son importadas desde el
citosol
RIBOSOMAS
Hacia
Citosol: tras metabolizar una gran diversidad de moléculas, traspasan los
productos al citosol, algunos de los cuales se aprovechan en las mitocondrias
Figura 15. Organización de un ribosoma
Organización:
Son organelos no membranosos. Básicamente son gránulos
pequeños, consistentes en ARN y proteínas. Algunos son libres y
se encuentran suspendidos en el citosol, mientras que otros están
asociados a membranas internas de la célula.
Cada ribosoma está constituido por dos subunidades: una mayor y
otra menor. Cada una de ellas, posee un tipo de ARN llamado ARN
ribosomal y proteínas ribosomales.
Pueden asociarse varios ribosomas entre si, formando unas
estructuras con forma de collar de perlas, llamadas polirribosomas.
Funciones:
Exclusivamente, síntesis de proteínas
Tipo de célula:
Todos los tipos de células, pues todas requieren elaborar sus
propias proteínas
2
En este caso, es un organelo de almacenamiento a corto plazo, a diferencia de la vacuola central de las plantas.
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Conexiones
Desde
Núcleo: los ribosomas se arman en el interior del
núcleo
Citosol: los materiales para el armado de cada
proteína, se ubican o provienen en el citosol
Hacia
Citoplasma: todas las proteínas citosólicas y citoesqueléticas se originan en los
ribosomas
M. plasmática: muchas proteínas de la membrana, se elaboran en los ribosomas
RER: los ribosomas adheridos al RER, les traspasan proteínas sintetizadas para un
posterior procesamiento
MITOCONDRIAS
Organización:
Son organelos de forma esférica, tubular u ovoide, dotados de una doble
membrana, que limita un compartimento en el que se encuentran diversas
enzimas que controlan el proceso de la respiración celular.
Cada mitocondria consta de una membrana externa bastante permeable y
otra interna y plegada, muy impermeable. El plegamiento de la membrana
interna forma las crestas mitocondriales, cuyo fin es disponer de una
mayor superficie para realizar reacciones químicas
Funciones:
Síntesis de moléculas de ATP, mediante la degradación de carbohidratos,
proceso conocido como respiración celular. Las moléculas de ATP son
indispensables en la ejecución de tareas que requieren energía, por
ejemplo, la síntesis de proteínas.
Tipo de célula:
Se encuentran en todo tipo de células eucariontes, y su número varía de
acuerdo a la actividad celular, siendo más elevado en aquellas células que
tienen mucho gasto de energía. Por ejemplo, en células musculares.
Figura 16. Estructura general de una mitocondria
Conexiones
Desde
Hacia
Citosol: la mitocondria obtiene la materia prima para la
Todos las procesos (casi todos mediados por proteínas) en que se requiere
respiración celular: glucosa y oxígeno
ATP
Las células vegetales poseen algunas características estructurales que les son propias
Todas las estructuras y componentes antes descritos están presentes en la inmensa mayoría de las células eucariontes. No obstante,
existen algunas estructuras especiales que son exclusivas de las células vegetales y que, por tanto, las células animales no las poseen.
PARED CELULAR
Lo más importante: no reemplaza a la membrana plasmática
Organización:
La pared celular de las plantas está compuesta de
celulosa y otros polisacáridos y es producida por la
misma célula que rodea. Posee un espesor de 0,1 a
10 μm
Funciones:
Soporte mecánico de las plantas y hongos, frente a la
gravedad y el viento
Soporte mecánico frente a los desajustes del ingreso
o salida de agua desde las células
Presenta permeabilidad frente a sustancias nutritivas
y desechos, pero no es una membrana selectiva
Tipo de célula:
Reino Monera: todas las bacterias poseen pared celular de peptidoglicán. Reino Protista: algunos tipos de protozoos, como las
diatomeas poseen pared celular de sílice. Reino Hongos: todos los hongos poseen células con pared celular de quitina. Reino Planta:
todas las plantas poseen células con pared celular de celulosa. Reino Animal: ningún animal posee células con pared celular
Conexiones
Desde
Hacia
Citosol: los componentes de la pared pueden ser sintetizados
M. plasmática: toda molécula que atraviesa la membrana,
en el citosol
necesariamente pasa antes a través de la pared celular
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CLOROPLASTOS
Organización:
Son organelos ovoides o fusiformes que
poseen dos membranas. La membrana
interna encierra un fluido llamado estroma,
el cual contiene pilas interconectadas de
bolsas membranosas huecas. Las bolsas
individuales se llaman tilacoides y sus
superficies poseen el pigmento clorofila,
molécula clave en la fotosíntesis.
La membrana externa está en contacto
con el citosol.
Poseen ADN y ribosomas en su estroma
Funciones:
El cloroplasto absorve luz solar para transformarla en energía química y posee los
componentes necesarios para retener tal energía en moléculas de azúcar
Conexiones
Desde
Citosol: el CO2 necesario para la fotosíntesis y que proviene
del exterior, es captado por el cloroplasto desde el citosol
Tipo de célula:
Protistas fotosintetizadores y plantas
Hacia
Mitocondrias: el azúcar producido por los cloroplastos es utilizado por
las mitocondrias para la respiración celular
PLÁSTIDOS NO FOTOSINTETIZADORES
Los cloroplastos son plástidos muy especializados, que realizan
fotosíntesis. Existen además una gran variedad de plástidos que
cumplen otras funciones
Organización:
Poseen membrana interna y externa. Sin embargo, la membrana
interna no forma redes de tilacoides, sino que es lisa. El contenido del
estroma depende de la función del plástido. Si es de almacenamiento,
serán gránulos de almidón (amiloplastos). Si se trata de colorear
pétalos o frutos, serán pigmentos (cromoplastos).
Al igual que los cloroplastos, poseen ADN y ribosomas propios
Funciones:
 Almacenamiento de nutrientes para el invierno
 Coloración de flores y frutos
Tipo de célula:
Algunos protistas y todas las plantas
Conexiones
Desde
Cloroplastos: los amiloplastos reciben la glucosa para ser
almacenada en forma de almidón
Hacia
Mitocondrias: en períodos de baja calidad de fotosíntesis, las
mitocondrias reciben azúcares desde amiloplastos
VACUOLA CENTRAL3
Las vacuolas son organelos presentes en la mayoría de las células
eucariontes, incluyendo las animales. La vacuola central es un tipo
especial de vacuola, presente en algunos protistas y plantas
Organización:
Básicamente es un organelo ovoide, cuya forma dependerá de la forma
de la pared celular y de la cantidad de agua que contenga. Como la
mayoría de los organelos citoplasmáticos, está rodeado de una sola
membrana. Ocupa cerca del 90% del volumen celular
Funciones:
 Almacenamiento de agua y otros nutrientes
 Soporte mecánico de los tejidos (turgencia)
 Regulación del ingreso y salida de agua de la célula
La vacuola central se diferencia de las vacuolas fagocíticas en su tamaño y función. La fagocítica es exclusivamente de almacenamiento por corto plazo,
generada mediante endocitosis y vinculada con lisosomas que degradan su contenido. Las vacuolas fagocíticas están presentes en todas las células eucariontes.
3
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 Digestión intracelular, similar a la de los lisosomas
Figura 20. Localización y morfología de la vacuola central
Tipo de célula:
Algunos protistas y todas las plantas
Conexiones
Desde
Citosol: capta el agua para su almacenamiento
Hacia
Cloroplastos: donde se hace uso del agua almacenada
Actividad 2. Funciones celulares integradas
a) Completa las oraciones con los nombres de distintas estructuras celulares.
1) Las moléculas que organizan la _________________ __________________ son de origen lipídico y _______________. Eso
determina que si tal envoltura desea aumentar su superficie o reemplazar sus componentes, el organelo responsable de elaborar
los _______________________ será el REL y los responsables de las proteínas serán los _____________, los que dependen, a
su vez, de la información enviada por el __________________. De esta manera, si el material genético presenta fallas, es posible
que la capacidad de la membrana para ____________________________ deje de funcionar.
2) Otro nombre para definir a la _______________ __________________ es endosoma, pues se produce por una
incorporación de materiales externos mediante pliegues vesiculares de la membrana plasmática. Este organelo, típico de las
células eucariontes, se traslada hasta el _______________________, donde se puede encontrar con un ___________________,
quien lo digiere. Algunas de las moléculas que se obtienen pueden ser luego aprovechadas en procesos de síntesis, por ejemplo
en el _________________ para elaborar proteínas. Para que los todos estos organelos cambien de ubicación, es vital la
participación del _________________________, formado por una gran diversidad de proteínas.
3) Si bien las _________________________ poseen ADN propio, la mayor parte de sus ____________________ provienen de
ribosomas ubicados en el _____________________. Por tal motivo, ambas membranas de este organelo deben tener la
capacidad de captarlas desde el exterior. Si alguna de estas moléculas funciona incorrectamente, se vería alterada la capacidad
de la célula para realizar tareas que requieran ___________________, por ejemplo, el transporte de algunos tipos de sustancias a
través de la ____________________ _________________________. El otro organelo que posee ácidos nucleicos y doble
membrana son los ______________________, los que son exclusivos de las células ______________________.
b) Una vez completas todas las oraciones, realiza un mapa conceptual que resuma lo que se señala en cada uno de los tres
párrafos.
c) Elabora tu propio párrafo usando las siguientes estructuras, en este orden estricto: Mitocondria  Citoesqueleto  Golgi
d) Enumera todos los criterios de clasificación que se te ocurran para utilizar con los organelos citoplasmáticos, por ejemplo,
forma.
e) Rotula los siguientes esquemas y decide cuál corresponde a una célula animal y cuál a una célula vegetal.
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Las células procariontes carecen de la mayor parte de los componentes de la célula eucarionte.
Volviendo a las características esenciales de toda célula (página 10), las células procariontes poseen los elementos
mínimos necesarios para cumplir con cada definición, de una manera simple, pero eficiente.
Las bacterias son los organismos procariontes más conocidos. Una diferencia importante entre las células procariontes
y las eucariontes es que el ADN de las primeras no está contenido en un núcleo. De hecho, el término procarionte significa
"antes del núcleo".
En las células procarióticas, el ADN se localiza en una región limitada que se denomina área nuclear o nucleoide, no
limitada por una membrana (fig. 21) . En estas células también faltan otros organelos membranosos. Estas células suelen ser
mucho menores que las eucarióticas. En efecto, la célula procariótica promedio tiene sólo un décimo del diámetro de la célula
eucariótica promedio.
Al igual que las células eucarióticas, las procarióticas poseen membrana plasmática, que limita el contenido de la célula
a un compartimiento interno. En algunas células procarióticas, la membrana plasmática se pliega hacia dentro y forma un
complejo de membranas en el que ocurren las reacciones de transformación de energía celular. La mayor parte de las células
procarióticas también poseen pared celular con un material
llamado peptidoglicán, una estructura que las envuelve en
su totalidad e incluye la membrana plasmática. Muchos
procariontes tienen flagelos, fibras largas que se proyectan
desde la superficie celular y que funcionan como
propulsores, de manera que son importantes para la locomoción.
El material interno denso de las células bacterianas
contiene ribosomas, así como gránulos de almacenamiento
con glucógeno, lípido o compuestos fosfatados. Los
ribosomas de las células procarióticas son más pequeños de
los presentes en las eucarióticas.
Actividad 3. Identifica la o las estructuras que se solicitan
Identifica las estructuras presentes:
en todas las células
en todas las células
procariontes
eucariontes
 Ribosomas
 Membrana plasmática
 Nucleoide
 Pared celular
 Membrana plasmática
 Núcleo
 Citoesqueleto
 RER – REL
 Pared celular de
 Golgi
peptidoglicán
 Lisosoma
 Citoesqueleto
 Vacuolas
Figura 21. Estructura de una célula procarionte
sólo en células vegetales



Plastidios
Pared celular de
celulosa
Vacuola central
sólo en células
animales
 Mitocondrias
 Centríolos
2. Universalidad de las moléculas orgánicas
Los elementos y moléculas que constituyen a todos los seres vivos son similares
A pesar que en la naturaleza es posible encontrar más de 100 elementos químicos distintos, los seres vivos estamos
organizados por una cantidad reducida de tales elementos y en proporciones bastante fijas. Por ejemplo, tanto un ser humano
como una planta posee cerca de un 10% de hidrógeno. Claro que tal hidrógeno se encuentra distribuido en una gran gama de
moléculas, tanto orgánicas como inorgánicas. Puede ser parte de una molécula de glucosa (orgánica) o de una molécula de agua
(inorgánica).
Es importante conocer la organización de una célula. Sin embargo, lo que la célula es capaz de hacer depende de las
moléculas que la forman, de las que es capaz de sintetizar, digerir o hacer reaccionar. Además, conocer las necesidades
moleculares del organismo es la base de la nutrición y los buenos hábitos alimenticios.
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Actividad 4. Composición elemental del cuerpo humano
En la siguiente tabla se detalla la composición porcentual de los elementos que forman parte de las moléculas que constituyen el
cuerpo humano. Tu tarea es averiguar en qué tipo de moléculas se encuentran, si tales moléculas son orgánicas o inorgánicas y
qué función cumplen en el organismo.
Tabla 2. Composición porcentual de los elementos que forman el cuerpo humano
Símbolo
químico
O
C
H
N
Ca
P
K
S
Cl
Na
Mg
Fe
I
Nombre
Porcentaje
Oxígeno
Carbono
Hidrógeno
Nitrógeno
Calcio
Fósforo
Potasio
Azufre
Cloro
Sodio
Magnesio
Hierro
Yodo
65
18
10
3
1,5
1
0,4
0,3
0,2
0,2
0,1
Trazas4
Trazas
Moléculas en que se encuentra
Inorgánicas
Orgánicas
Funciones
Preguntas de análisis:
a) ¿Cuáles son los elementos que constituyen el 96% del cuerpo humano?
b) Los demás elementos traza son: manganeso, cobre, zinc, cobalto, fluor, molibdeno, selenio, boro, silicio. Según esto, ¿qué
elemento sería anormal de hallar en el cuerpo humano?
c) ¿Qué tipo de gráfico sería el más adecuado para representar los porcentajes de esta tabla? ¿Cómo solucionarías el problema
de los valores muy pequeños?
d) ¿Cómo puede explicarse que todos los organismos tengamos una proporción de elementos similar, a pesar de las diferencias
de tamaño, hábitat, adaptaciones, complejidad, etc.? La clave de esta respuesta está en la tabla 3.
e) ¿Qué características del agua – aprendidas en química – podrían explicar la importancia que tiene esta sustancia en los seres
vivos?
4
Traza: se usa este término cuando se quiere decir que una sustancia está presente, pero en cantidades apenas detectables.
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Las moléculas orgánicas pueden ser de cuatro tipos y se basan en unos pocos elementos químicos
En la siguiente tabla (tabla 4) se describen varios aspectos en torno a los cuatro tipos principales de moléculas
orgánicas. Estúdiala con detención y luego resuelve los problemas.
Clase de molécula
Carbohidratos
Lípidos
Elementos
componentes
C, H, O
C, H, O
Descripción
Cómo reconocerlos
Función principal en los sistemas vivos
En general su fórmula aproximada es
(CH2O)n
1. Monosacáridos (azúcares sencillos), que
son principalmente moléculas de cinco
carbonos (pentosas), como la ribosa, o de
seis carbonos (hexosas), como la glucosa y
fructosa
Contar los átomos de C, H y
O
Buscar formas cíclicas, de
pentágono o hexágono
Fuente de energía celular; constituyente de
otros compuestos
2. Disacáridos, que son dos monosacáridos
unidos por un enlace glucosídico, como la
maltosa y la sacarosa
Contar
azúcar
las
unidades
de
Componentes de otros compuestos, forma
de azúcar de transporte en vegetales
3. Polisacáridos, que se componen de
muchos azúcares unidos por enlaces
glucosídicos, como el glucógeno y la celulosa
Contar
azúcar
las
unidades
de
Forma de almacenamiento de energía
(glucógeno en animales, almidón en
vegetales); componente estructural de la
pared celular de plantas
Contienen menos O que los carbohidratos en
relación con el C y el H
1. Grasas neutras. Combinación de glicerol
con una a tres moléculas de ácidos grasos:
Monoglicéridos, 1 ácido graso
Diglicéridos, 2 ácidos grasos
Triglicéridos, 3 ácidos grasos
Si los ácidos grasos poseen enlaces dobles
entre átomos de carbono (C==C), se dice
que están insaturados; de lo contrario, están
saturados
Buscar el grupo glicerol en
un extremo de la molécula:
Fuente de energía celular y forma de
almacenamiento de energía
En multicelulares, pueden funcionar como
aislante térmico
2. Fosfolípidos. Se componen de un grupo
glicerol unido a uno o dos ácidos grasos y a
una base orgánica que contiene fósforo
Buscar el glicerol y la cadena
lateral que contiene fósforo y
nitrógeno
Componente de membranas celulares
3. Esteroides. Moléculas complejas que
contienen átomos de carbono dispuestos en
cuatro anillos entrelazados (tres ciclohexanos
y un ciclopentano)
Buscar 4 anillos enlazados:
Algunos son hormonas, otros son colesterol,
sales biliares y vitamina D; componentes de
membranas celulares
4. Carotenoides. Pigmentos anaranjados y
amarillos, que cocsisten en unidades de
isopreno
Buscar unidades isopreno
El retinal (importante en la fotorrecepción) y
la vitamina A se forman a partir de
carotenoides
Proteínas
C, H, O, N y por
lo común, S
Uno o más polipéptidos (cadenas de
aminoácidos) enrollados o plegados en
formas características para cada proteína
Buscar unidades de
aminoácidos unidas por
enlaces C – N (enlace
peptídico)
Estructural: citoesqueleto, ribosomas y
membranas. Enzimática: transformaciones
químicas, síntesis de nuevas moléculas, ruptura
de moléculas, durante la digestión y
procesamiento de energía. Transporte: en la
sangre (hemoglobina) y a través de membranas
en la célula. Defensa: anticuerpos. Hormonal:
señales entre células en el organismo. Receptora:
detección de estímulos en la superficie celular
Ácidos nucleicos
C, H, O, N, P
El esqueleto se compone de grupos pentosa y
fosfato alternados, de los cuales se proyectan
las bases nitrogenadas. ADN: azúcar
desoxirribosa y bases adenina, timina, citosina y
guanina; ARN: azúcar ribosa y bases adenina,
uracilo, citosina y guanina. Cada subunidad
molecular, llamada nucleótido, consiste en una
pentosa, un grupo fosfato y una base
nitrogenada
Buscar un esqueleto de
pentosa – fosfato. El ADN
forma una doble hélice
Almacenamiento, transmisión y expresión de
la información genética
Existen nucleótidos que no estructuran ácidos
nucleicos, sino que tienen 3 grupos fosfatos,
ricos en energía: el ATP
Control de la síntesis y la secuencia de todas
las proteínas, enviando un mensaje desde el
núcleo al citoplasma (ARN)
Para el caso del ATP, funciona como la
“moneda de intercambio” de la energía
celular
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CARBOHIDRATOS
______________________________________________________________________________________
Actividad 5. Resuelve los siguientes problemas
a) Los siguientes esquemas muestran varios aspectos de la organización de las moléculas orgánicas. Compáralos con las
descripciones de la tabla 4 y anota en tu cuaderno una característica de cada tipo de molécula, que concluiste de tales
dibujos.
Figura 22b. Estructura de un polisacárido: el almidón
Figura 22c. Formación de un triglicérido a partir de un
glicerol y tres ácidos grasos
Figura 22d. Estructura de un fosfolípidos
ÁCIDOS NUCLEICOS
LÍPIDOS
Figura 22a. Formación de disacárido a partir de dos monosacáridos
Figura 22e. Estructura de un nucleótido
Figura 22f. Organización de una cadena de
nucleótidos, para configurar un ácido nucleico
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PROTEÍNAS
______________________________________________________________________________________
Figura 22g. (a) Formación de un dipéptido a partir de dos aminoácidos. (b) Esquema de un polipéptido, mostrando la diversidad de
tipos de aminoácidos y los extremos terminales
b)
Identifica el grupo al que corresponden las siguientes moléculas orgánicas:
B.
C.
A.
D.
c) Tanto los polisacáridos como las proteínas son polímeros, vale decir, se componen de muchas subunidades encadenadas.
Sin embargo, sólo en el caso de las proteínas el orden de tales subunidades es estrictamente controlado por la información
contenida en el ADN, no así en el caso de los polisacáridos. Averigua por qué.
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______________________________________________________________________________________
Los fosfolípidos poseen una organización que facilita la formación de estructuras con forma de capa
Para que una molécula pueda ser disuelta por el agua, debe compartir una característica con el agua: ser polar. El
hecho de ser polar permite que las moléculas de agua establezcan puentes de
hidrógeno “entre medio” de las moléculas que se desea diluir, separándolas y
generando una solución acuosa. Cuando se piensa en un ejemplo de sustancia que
no se diluye en agua, surge la idea del aceite o cualquier sustancia grasa. El
problema es que los triglicéridos presentes en un aceite efectivamente tienen una
Figura 23 a
porción polar, que tiene mucha afinidad con el agua. ¿Cómo se explica la conducta
del aceite entonces?
Si vuelves a revisar las figuras 22c y 22d, se advierte que los triglicéridos y los fosfolípidos comparten una organización similar: los
ácidos grasos quedan reunidos mediante una molécula de glicerol, la que en el caso de los fosfolípidos, además se asocia a un
grupo fosfato. De esta manera, un fosfolípido posee una “cabeza” de glicerol y fosfato, adherida a una “cola” formada por dos
ácidos grasos.
Actividad 6. Resolver la “paradoja” de los fosfolípidos: si tienen una porción polar, por qué las grasas tienen dificultad
para disolverse en agua
Hecho 1: la estructura de los fosfolípidos, ya descrita y esquematizada
Hecho 2: una parte de los fosfolípidos es polar
Hecho 3: pese al hecho 2, los fosfolípidos, al igual que los triglicéridos, no se disuelven en agua
Evidencia experimental 1: Cuando se agrega una pequeña cantidad de moléculas de fosfolípidos en un recipiente con agua, los
fosfolípidos se disponen en una capa superficial, tal como se muestra en la figura 23a.
Evidencia experimental 2: Cuando se agrega una mayor cantidad de fosfolípidos en
un recipiente con agua, los fosfolípidos adquieren la disposición mostrada en la
figura 23b.
Preguntas:
a) ¿Cuál es la porción polar de un fosfolípido? ¿Cuál sería la apolar?
b) ¿Qué hace que un fosfolípido tienda a quedarse al lado de otro, en forma mas
o menos paralela?
c) Cuando se tienen gotitas esféricas de aceite en un vaso con agua (micelas de
triglicéridos), espontáneamente se reúnen formando una gota cada vez más
grande. ¿Qué sucede si se revuelve el agua con la gota de aceite? ¿Cómo se
explican los comportamientos del aceite en agua en base a las evidencias
experimentales descritas?
d) ¿Por qué los triglicéridos y los fosfolípidos no se disuelven en agua?
Figura 23b
La capacidad de los fosfolípidos de formar bicapas determina la estructura y función de la membrana plasmática
Tal como se explicó en la página
14, la membrana plasmática es básicamente
una bicapa de fosfolípidos, que junto a
proteínas y carbohidratos, configura una
barrera que regula el intercambio de
sustancias entre la célula y su entorno. Tras
desarrollar la actividad 12 debió quedar claro
que el hecho que los fosfolípidos se
asocien en bicapas es espontáneo y
responde a las cualidades anfipáticas
de tales moléculas, vale decir,
poseen una región polar y otra
apolar.
En la figura 24 se
señalan los componentes de la
membrana plasmática y el rol que le
corresponde a cada uno.
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Fosfolípidos
Colesterol
Proteínas integrales
Estructura
Moléculas anfipáticas, con
cabeza hidrofílica y cola
hidrofóbica. El tipo de
fosfolípido que forma una
membrana determina su
permeabilidad y
flexibilidad. Ver figura 22d
Es un esteroide, que se
dispone entre los
fosfolípidos, a la altura
de la base de la cola.
Pueden llegar a ser tan
numerosos como los
fosfolípidos
Suelen tener formas cilíndricas,
que logran al atravesar la
bicapa lipídica una o más
veces. Son moléculas de alto
peso molecular, formados por
cientos de aminoácidos
Función
La bicapa que organizan
permite acomodar las
demás moléculas de la
membrana y servir como
principal mecanismo de
aislación de la célula
Aumentan la rigidez y
disminuyen la
permeabilidad de la
membrana
Transporte de sustancias, por
ej., iones.
Activación de respuestas
celulares (proteínas
receptoras)
Reconocimiento de sustancias
Dato
interesante
El REL sólo sintetiza los
fosfolípidos de la capa
citosólica de la membrana.
Los de la capa externa
provienen de la interna
La presencia de
colesterol en la
membrana es exclusivo
de las células
eucariontes
Hay proteínas integrales que
se fijan a la membrana
mediante una porción
hidrofóbica que sólo tiene
afinidad con la parte central de
la membrana
Glicolípidos y
Glicoproteínas
Son carbohidratos
unidos a proteínas o
lípidos de la
membrana formando
una “nube superficial
de azúcares” que en
sus partes más densas
se llama glicocálix
Reconocimiento con
otras células o
moléculas. También se
cree que protegen y e
impiden interacciones
innecesarias
Uno de los glicocálix
mejor estudiados
pertenece a los
glóbulos blancos
Actividad 7. Unidad y diversidad de membrana
a) En el siguiente esquema de una célula animal, marca mediante flechas
aquellas estructuras que están formadas de membrana
b) La tabla 5 señala la composición lipídica aproximada de 3 tipos de membranas
celulares. Compara los valores e hipotetiza una explicación frente a las diferencias
Tabla 5. Composición lipídica aproximada de diferentes membranas celulares
Porcentaje de lípido total en peso
Membrana
Membrana
Membrana
plasmática del
de la
del retículo
glóbulo rojo
mitocondria endoplásmico
Fosfolípidos
60
76
67
Colesterol
23
3
6
Glicolípidos
3
trazas
trazas
Otros
13
21
27
3. Intercambio entre la célula y el ambiente
La membrana presenta permeabilidad selectiva
En el estudio de los organelos, especialmente los que tienen relación con la síntesis de materiales, se hizo evidente la
necesidad que la materia prima para que tales estructuras funcionen, proviene del medio que rodea a la célula. Al mismo tiempo,
si una célula desea eliminar un desecho o liberar alguna sustancia que ha elaborado, la membrana plasmática será fundamental
en el proceso de intercambiar moléculas.
Frente a los mecanismos de intercambio, se dice que la membrana posee permeabilidad selectiva. Permeabilidad
selectiva significa que algunas sustancias atraviesan con más facilidad que otras. Por ejemplo, el oxígeno es muy permeable,
mientras que el ion sodio posee una permeabilidad reducida y dependiente de mecanismos especiales de ingreso. La siguiente
actividad permite comprender por qué algunas sustancias pasan con más facilidad que otras a través de la membrana.
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Actividad 8. Causas de la permeabilidad selectiva
En el siguiente esquema se representan la permeabilidad de diversas sustancias a través de la membrana y algunas
características de tales sustancias. Tu tarea es explicar las diferencias de permeabilidad a partir de la comparación de las cualidades de
las partículas.
Nombre
Fórmula química
Peso molecular
Polaridad
Oxígeno
O2
32
Apolar
Dióxido de carbono
CO2
44
Polar pequeña
Agua
H2O
18
Polar pequeña
Urea
CH4ON2
108
Polar pequeña
Glicerol
C3H8O3
92
Polar pequeña
Triptófano
C11H12O2N2
204
Apolar
Glucosa
C6H12O6
180
Polar grande
Cloruro
Cl-
35
Ion negativo
Potasio
K+
39
Ion positivo
Sodio
Na+
23
Ion positivo
La permeabilidad diferencial determina distintos mecanismos de transporte a través de la membrana
El hecho que no todas las sustancias
atraviesan la membrana con facilidad, ligado a la
necesidad de que incluso las menos permeables sean
capaces de hacerlo, exige que las membranas
dispongan mecanismos especializados para mejorar la
permeabilidad de tales sustancias.
El la figura 25 se esquematizan los
mecanismos utilizados por las moléculas (solutos) para
atravesar la membrana plasmática. Cabe señalar que
un requisito importante para poder pasar de un lado a
otro de la membrana es que exista un gradiente de
concentración. Esto quiere decir que la sustancia tiene
que estar más concentrada a un lado que al otro. Por
ejemplo, si hay más oxígeno afuera de la célula que
adentro, el gradiente positivo permitirá el ingreso del
oxígeno al interior de la célula.
Tal transporte se mantendrá hasta el momento que las concentraciones de igualen. El proceso se denomina difusión simple y es
válido para las sustancias de mayor permeabilidad.
Cuando existe diferencia de concentración, pero el soluto tiene menor permeabilidad, se requiere el apoyo de proteínas
integrales de membrana que operan específicamente para cada sustancia. Pueden ser canales, que funcionan como poros
específicos que normalmente presentan dos posiciones: abierto o cerrado. O pueden ser transportadores, que modifican su
estructura para permitir el traspaso del soluto.
Cuando se requiere que una sustancia atraviese la membrana en contra del gradiente de concentración, vale decir, de
donde está menos concentrada hacia donde está más concentrada, se utilizan transportadores capaces de operar como una
bomba, es decir, gastan energía para forzar a las moléculas a acumularse contra gradiente.
Actividad 9. Cada tipo de molécula, un mecanismo de intercambio distinto
La tarea es simple: completa el siguiente cuadro con las moléculas mencionadas en la actividad 14, averiguando e
induciendo qué mecanismo de transporte utiliza cada una. Cabe señalar que el uso de un transportador en contra de la gradiente
de concentración no depende del tipo de molécula, sino de la concentración en que se encuentra y el requerimiento de esa
sustancia por parte de la célula.
Tipo de transporte
Difusión simple
Difusión facilitada mediante canales
Difusión facilitada mediante transportadores
Moléculas transportadas
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El agua atraviesa la membrana mediante un tipo especial de difusión: la osmosis
El agua también se difunde de regiones de concentración elevada de agua a regiones de concentración baja. Sin
embargo, la difusión del agua a través de membranas con permeabilidad diferencial tiene efectos tan importantes sobre las
células que se usa un nombre especial para referirnos a ella: osmosis.
¿Qué queremos decir al describir una solución como "con alta concentración de agua" o "con baja concentración de
agua"? La respuesta es sencilla: el agua pura tiene la concentración de agua más alta posible. Cualquier sustancia añadida a
agua pura desplaza algunas de las moléculas de agua. La solución resultante tendrá un menor contenido de agua que el agua
pura. Las sustancias disueltas podrían formar enlaces débiles con algunas de las moléculas de agua, las cuales entonces no
podrán difundirse a través de la membrana (figura 26a). Cuanto más alta sea la concentración de sustancias disueltas, menor
será la concentración de agua. Una membrana muy simple, con permeabilidad diferencial, podría tener poros apenas lo bastante
grandes como para dejar pasar el agua, pero suficientemente pequeños como para ser impermeable a las moléculas de azúcar.
Consideremos una bolsa hecha de un plástico especial que es permeable al agua, pero no al azúcar. ¿Qué sucederá si
colocamos una solución de azúcar en la bolsa y luego sumergimos la bolsa sellada en agua pura? Los principios de la osmosis nos
dicen que la bolsa se hinchará y, si es lo bastante débil, se reventará (figura 26b).
La osmosis a través de la membrana plasmática
desempeña un papel importante en la vida de las células
Como se verificaba más arriba, casi todas las
membranas plasmáticas son muy permeables al agua. Dado
que todas las células contienen sales, proteínas, azúcares y
otras sustancias disueltas, el flujo de agua a través de la
membrana plasmática depende de la concentración de agua
en el líquido que baña a las células. El fluido extracelular de
los animales suele ser isotónico ("tiene la misma fuerza")
respecto al fluido citoplásmico del interior de las células. Ees
decir, la concentración de agua adentro de las células es la
misma que afuera, así que no hay una tendencia neta del
agua a entrar en las células o a salir de ellas. Cabe señalar
que los tipos de partículas disueltas raras veces son los
mismos dentro y fuera de las células, pero la concentración
total de todas las partículas disueltas sí es igual, así que la
concentración de agua es igual dentro y fuera de las células.
Actividad 10. Una aplicación concreta de la osmosis
Si se sacan glóbulos rojos del cuerpo y se sumergen en
soluciones de sal con distintas concentraciones, los efectos de la
permeabilidad diferencial de la membrana plasmática respecto al agua
y a las partículas disueltas se manifiestan de forma drástica:
 Si se colocan glóbulos rojos en agua pura (o sea sin sales o
destilada), se hincharán y finalmente reventarán. Figura 27a
 Si la solución tiene una concentración de sal más alta que el
citoplasma de los glóbulos rojos (es decir, si la solución tiene una
concentración más baja de agua), las células se encogerán. Figura 27b
Figura 26
Figura 27 a
Figura 27 b
a) Explica las dos situaciones anteriores en base a la osmosis
b) Las soluciones con una concentración de partículas disueltas más baja que el citoplasma de una célula, y que por tanto
hacen que entre agua en la célula por osmosis, se llaman hipotónicas. Las soluciones que tienen una concentración de partículas
disueltas más alta que el citoplasma celular, y que por tanto hacen que salga agua de las células por osmosis, se describen como
hipertónicas. Según estas definiciones, clasifica el ambiente de las soluciones de 27a y 27b.
c) Explica por qué se arrugan los dedos tras un baño prolongado. En que tipo de agua este fenómeno es más común: ¿el agua
dulce o el agua salada?
La hinchazón causada por la osmosis puede tener efectos considerables sobre las células. Los protistas como el
Paramecium, que viven en el agua dulce, tienen estructuras especiales llamadas vacuolas contráctiles para eliminar el agua que
continuamente se filtra al interior. En contraste, el ingreso de agua en las vacuolas centrales de las células vegetales ayuda a
mantener la rigidez de la planta. La osmosis a través de membranas plasmáticas es crucial para el funcionamiento de muchos
sistemas biológicos, incluida la absorción de agua por las raíces de las plantas, la absorción de agua ingerida en el intestino y la
reabsorción de agua y minerales en los riñones.
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Actividad 11. Otro tipo de transporte
Cuando se toman micrografías con el fin de estudiar el comportamiento de la membrana frente a las sustancias que
están inmediatamente por fuera o por dentro de ésta, se pueden registrar eventos como los que aparecen en la figura 28.
Figura 28a
Figura 28b
Figura 28c
La figura 28a corresponde a una micrografía al MET de un glóbulo blanco. Esta célula fue fotografiada en el momento exacto
en que ingería bacterias durante una respuesta de defensa del organismo.
La figura 28b muestra un segmento de una célula de la glándula mamaria (también al MET) en pleno proceso de liberación
de algunos componentes de la leche hacia el medio extracelular.
Finalmente, la figura 28c muestra un trozo de célula endotelial. Este tipo de célula es el que permite intercambiar sustancias
entre la sangre y las células que rodean a los vasos sanguíneos.
Preguntas:
a) ¿Qué estructura se puede apreciar en las tres imágenes?
b) ¿Por qué supones que en estos casos no son utilizados – al parecer – mecanismos de transporte como la difusión simple o
mediada por proteínas de membrana para hacer que sustancias entren o salgan de la célula? Hipotetiza
c) ¿Cómo se reemplazará la membrana utilizada para fabricar una vesícula que ingresa a la región citoplasmática como en
28a?
d) ¿Cómo se evitará que la célula crezca desmesuradamente al agregar las membranas de las vesículas que liberan sustancias
al exterior como se ve en 28b?
e) Los procesos que aparecen en las micrografías se denominan exocitosis y endocitosis. Identifica cuál es cuál y luego realiza
un dibujo esquemático de cada uno. Puedes ayudarte con el esquema que aparece en la página 18 (lisosomas).
f) ¿Requieren de energía estos mecanismos de transporte? Una pista: las vesículas no están flotando en el citoplasma.
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Actividad 12. Problemas de la 3ª parte de la guía
a)
Se inyecta en el torrente circulatorio de un animal de experimentación una hormona que pese a entrar en contacto con
variados tipos celulares sólo afecta el funcionamiento de ciertas células testiculares que responden produciendo espermios.
¿cómo podrías explicar esta respuesta de células específicas a una hormona en
= laguna
= alga
particular?
b)
La gráfica muestra el contenido relativo de los iones Na+, K+ y Ca++ en las células
del alga verde Nitella y del agua de la laguna donde vive, evidenciando las
diferencias existentes entre los medios intra y extracelular. Estas diferencias
deben ser mantenidas para que el alga continúe funcionando con normalidad
¿Cómo mantendrá el alga Nitella estas diferencias?
Na+
c)
Observa el siguiente esquema.
Ca
K+
++
Representa un tubo de vidrio con forma de U, cuyo interior está separado en
dos mitadas mediante una membrana semipermeable (que deja pasar agua,
pero no solutos). Al lado izquierdo se ha agregado un pistón al nivel de la
superficie del líquido.
El agua tiende a desplazarse hacia el lado izquierdo del tubo.
Dos preguntas:


d)
¿Por qué el agua tiende a desplazarse hacia el lado izquierdo del tubo?
Si la presión con que el agua se desplaza al lado izquierdo tuviese una
magnitud de 10 mmHg5, ¿con cuánta fuerza habría que apretar el pistón
para evitar que el agua se siga desplazando?
Este problema es difícil, pero muy interesante.
En un laboratorio se quería saber qué sustancias
podían pasar mediante endocitosis por el endotelio
y cuáles no. Para ello, se marcó con oro a
moléculas de albúmina glicosilada la que se usó
sola o junto a glucosa o albúmina sin marcar,
agregadas al plasma de tres vasos sanguíneos
diferentes:
 Albúmina glicosilada (figura 30a y b)
 Albúmina glicosilada y glucosa (fig. 30c)
 Albúmina glicosilada y albúmina (fig.
30d)
Cada punto negro que se aprecia en las
micrografías de endotelio corresponde a una
molécula de albúmina glicosilada marcada con oro.
“A” corresponde al plasma sanguíneo y “B” es el
ambiente intercelular (entre célula endotelial y las
células cercanas al vaso sanguíneo)
La diferencia entre la figura 30a y 30b es el tiempo
transcurrido: 3 minutos
Tarea: Describir los resultados y concluir qué
sustancia es transportada por vesículas y cuál no.
e)
5
A modo de resumen, completa el siguiente cuadro, usando a la difusión simple como referencia
mmHg = milímetros de mercurio, unidad para medir presiones de pequeña magnitud
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Uso de
Naturaleza de lo
Ejemplo en que se
Mecanismo de transporte
Dirección del transporte
energía
transportado
utilice
Moléculas pequeñas y
No
Intercambio de gases
Difusión simple
Medio extracelular  citoplasma
apolares
Difusión facilitada
Osmosis
Transporte activo
Endocitosis
Exocitosis
4. De células a tejidos, órganos y organismos
Las células de los organismos pluricelulares no viven aisladas. Cada célula es parte de un tejido y cada tejido posee
características distintivas. Por ejemplo, el tejido muscular está formado por células alargadas y tiene la capacidad de contraerse.
Un tejido es un conjunto de células que comparten características morfológicas y funcionales. Es frecuente que las
células de un tejido se mantengan estrechamente relacionadas, ya sea por mecanismos físicos o comunicación química. Pero
también es común encontrar tejidos cuyas células se distancien unas de otras, como sucede con las células sanguíneas.
Es un error suponer que cada tejido se encuentra limitado a un órgano particular del cuerpo. Al contrario, la mayoría de
los tejidos se encuntran distribuidos en casi todos los órganos del cuerpo. De esta manera, el corazón posee tejido muscular, pero
también tejido epitelial, tejido conjuntivo, tejido nervioso y tejido sanguíneo. Otros ejemplos: supuestamente los huesos sólo
poseen tejido óseo. Pero también están formados de tejido conjuntivo, cartilaginoso, sanguíneo y epitelial. El cerebro no sólo son
neuronas (tejido nervioso). También posee tejido sanguíneo, linfático y epitelial.
Se podría suponer que un órgano es el resultado de las características de los tejidos que lo forman. Pero es más que
eso. La proporción, disposición, morfología y relación que establece con los demás tejidos hace que un mismo tejido pueda
aportar distintas características en distintos órganos. Por ejemplo, en el corazón, existe un tipo de tejido muscular que permite
bombear sangre. Otro tipo de tejido muscular, dispuesto de una forma muy distinta, asociado a estructuras óseas, permite los
movimientos del brazo o las piernas. Funciones relacionadas (contracción), logradas en diferentes partes del cuerpo.
Tampoco es correcto asumir que cada órgano posee “un tipo especial de cada tipo de tejido”. Sólo un especialista podría
diferenciar una muestra tejido muscular extraída del rostro de otra extraída del pie. El epitelio de la traquea se parece mucho al
epitelio de las trompas de Falopio. Las neuronas de la retina son casi idénticas a otras neuronas ubicadas en la piel.
Lo interesante es que al observar mediante un microscopio una muestra de un órgano cualquiera, por ejemplo el
estómago, es factible reconocer varios tejidos mediante sus características distintivas.
Actividad 13. Histología, la ciencia que estudia los tejidos
El profesor te mostrará imágenes de tejidos obtenidas mediante microscopio óptico. Tu tarea es esquematizarlos
haciendo uso de lo aprendido en las actividades 4, 5 y 6. A modo de respaldo, se incluyen a continuación imágenes similares a las
que se revisarán en clases. La idea es que puedas aumentar su tamaño desde el archivo electrónico para estudiarlas mejor.
Fig. 31ª. Tejido epitelial: epitelio renal
Fig. 31b. Tejido muscular: músculo estriado
Fig. 31c. Tejido sanguíneo: glóbulos rojos
y blancos
Fig. 31d. Tejido adiposo: grasa blanca
Fig. 31e. Tejido glandular: glándulas salivales
Fig. 31f. Tejido nervioso: médula espinal
Con la información extraída de estas preparaciones histológicas, resuelve el siguiente ítem de columnas pareadas:
Tipo de tejido
Características de sus células
Función
1. Epitelial
Células separadas, unidas mediante múltiples prolongaciones
Transporte y defensa
2. Muscular
Dispuestas en torno a un lumen, estrecha relación con vasos sanguíneos
Revestimiento
3. Sanguíneo
Alargadas y compactas, con estriaciones del citoesqueleto
Liberación de sustancias
4. Adiposo
Dispuestas en capas, formas cúbicas o cilíndricas
Contracción
5. Glandular
Separadas entre sí, formas redondeadas
Almacenamiento
6. Nervioso
Con citoplasmas desplazados por vacuola lipídica, poligonales
Comunicación
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Los niveles de organización permiten establecer categorías de complejidad creciente
De la misma manera que unos pocos elementos químicos permiten organizar un sinfín de moléculas orgánicas y con
solo cuatro tipos de tales moléculas es posible estructurar una célula, los tejidos organizan órganos y los órganos, sistemas y
aparatos.
Es importante reconocer tales categorías, pues no es lo mismo que una droga afecte al “tejido muscular” que a los
“músculos torácicos”. Se trataría de dos categorías distintas.
Esta distinción es tan real, que actualmente la biología se estudia mediante especialistas para cada nivel de
organización. Existen biólogos moleculares, biólogos celulares, histólogos, morfofisiólogos (especialistas en la estructura y función
de los sistemas), etc. El conocimiento es tan vasto, que es preciso segmentarlo y estudiarlo parceladamente. De la misma forma,
todo hallazgo científico debe poderse remitir al nivel de organización correcto. Por ejemplo, si he descubierto que las células
musculares son capaces de regenerarse, debo ser capaz de determinar si es un fenómeno de todos estos tipos de tejidos o solo
del tejido muscular del órgano que utilicé para mi investigación.
Actividad 14. Niveles de organización integrados
a) La siguiente actividad no debería requerir de mayores instrucciones. Simplemente completa leyendo en sentido vertical,
según la pauta dada por el ejercicio 1 y según los espacios que ya fueron completados en el ejercicio 2 y 3.
Niveles de organización
Ejercicio 1
b)
Atómico
El nitrógeno forma parte de las…
Molecular
proteínas, que pueden formar
Organelos
ribosomas, siempre abundantes
Celular
células epiteliales, que
Tisular o de
tejidos
epitelio de revestimiento del…
Órgano
estómago, que es parte del…
Aparato o
Sistema
aparato digestivo.
Ejercicio 2
Ejercicio 3
El fósforo está presente en los…
parte de los…
en…
constituyen el…
tejido glandular que se
puede hallar en…
sistema nervioso.
Verdadero o falso:
1) Un aparato puede tener más de un órgano
2) Los tejidos pueden estar formados por varios órganos
3) Todo órgano está formado por varios tipos de tejido
4) Un mismo tipo de tejido puede estar presente en órganos de sistemas distintos
5) Un tejido está formado por un solo tipo de células
6) Una mitocondria de una célula del ojo puede ser idéntica a una mitocondria de una célula del hígado
El trabajo que realizan las células se basa en la actividad metabólica formada por el anabolismo y catabolismo
A pesar que las células son estructuras diminutas y están formadas por moléculas mucho más pequeñas todavía,
requieren de una cantidad mínima de energía para funcionar. A lo largo de esta guía, hemos mencionado varias de las actividades
que una célula debe ser capaz de realizar. Algunas de estas tareas son realizadas por todas las células y otras son mas bien
exclusivas de ciertos tejidos. Por ejemplo, la mayoría de las células de un ser humano poseen un citoesqueleto que facilita el
movimiento interno de materiales. Por tanto, una parte de la energía que las células consiguen, tiene que estar destinada a las
proteínas del citoesqueleto. Al contrario, las únicas células del organismo capaces de fabricar la hormona insulina se ubican en el
páncreas. Una parte de la energía de esas células en particular está destinada a la síntesis de esta importante sustancia.
Son muy pocas las actividades que una célula realiza que no gastan energía. Se puede mencionar la osmosis por
ejemplo. Sin embargo, aún la osmosis requiere de un aporte previo de energía: si se quiere trasladar agua, previamente deben
trasladarse solutos, que frecuentemente requieren energía para bombearse. Es decir, directa o indirectamente, para una célula
nada es gratuito y debe administrar muy bien sus recursos para poder hacer “de todo”.
Estos recursos son bastante concretos y cuantificables. La fuente más frecuente de energía que dispone una célula son
las moléculas de Adenosín Trifosfato, más conocidas como ATP. Como se mencionó en la página 19, estas moléculas son
elaboradas por las mitocondrias, son derivados de nucleótidos y poseen un enlace PO 4 – PO4 de gran energía potencial. El
rompimiento de este enlace permite utilizar una especie de “palanca molecular” que genera energía mecánica. Si esta energía es
aplicada en una proteína transportadora de membrana, puede usarse para bombear un ion. Si se usa sobre una proteína
citoesquelética, se puede generar desplazamiento de un filamento sobre otro y conseguir movimiento. Si se dispone en un
ribosoma, puede servir para unir dos aminoácidos.
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El
conjunto
de
reacciones químicas que posee
la célula destinadas a sintetizar
sustancias
se
denomina
Anabolismo.
Directa
o
indirectamente, toda reacción
anabólica requiere ATP o algún
derivado para poder realizarse.
Son reacciones anabólicas la
síntesis de proteínas, de
fosfolípidos, de almidón, de
ARN, etc. Se trata de reacciones
que aspiran a un nivel de orden
superior: un tren es más
complejo y ordenado que un
carro independiente. Es más
complicado disponer las letras
de una oración en un orden
Figura 32. Comparación entre molécula de ADP (a) y ATP (b)
lógico que hacerlo de cualquier
manera. El orden implica gasto energético. Implica inversión.
La contraparte es el Catabolismo. Se dice que todas las reacciones basadas en la degradación de moléculas son catabólicas. Al
contrario de la síntesis, el saldo de una reacción catabólica es
energía disponible. La célula destruye moléculas ya sea para
hacer uso de sus subunidades o porque la energía retenida en esa
molécula puede utilizarse. Paradojalmente, la forma de obtener
ATP útil para el anabolismo, son las reacciones catabólicas que
separan enlaces energizados, especialmente en moléculas de
carbohidratos.
Dicho de una manera simple, para elaborar moléculas de
Figura 33
ATP se hace uso de la energía química potencial alojada en los
enlaces C – C que poseen moléculas de glucosa. Este proceso
ocurre en varias etapas. Se inicia en el citoplasma y finaliza al
interior de las mitocondrias. Fabricar una molécula de ATP es
simple. Basta unir un fosfato a una molécula de Adenosín Difosfato
(ADP). El problema es que hacerlo es como encerrar un gran
resorte dentro de una pequeña caja: cuesta trabajo, aunque una
vez logrado, se dispone de una herramienta eficaz para retener
energía (ver figura 32).
A diferencia de la glucosa, el ATP no se puede almacenar. Se va usando en la medida que se sintetiza, tanto en las
reacciones anabólicas, como en procesos de transporte de sustancias, movimiento, etc. Se dice entonces, que las reacciones de
la célula están “acopladas”. No puede haber anabolismo sin catabolismo y viceversa (ver figura 33).
Las enzimas aceleran las reacciones químicas, posibilitando el metabolismo
Las reacciones químicas, en su mayoría,
necesitan, al principio, recibir una cierta cantidad de
energía. Esto pasa incluso para las reacciones que liberan
energía, como la degradación de la glucosa o la
combustión del gas natural. Esta energía añadida hace
aumentar la energía cinética de las moléculas y logra
aumentar la fuerza de choque entre moléculas. El efecto
que se produce es: (1) vencer las fuerzas de repulsión
entre los electrones que envuelven las distintas moléculas,
y (2) romper los enlaces químicos que hay en una molécula
y hacer posible la formación de otros nuevos. La energía
Figura 34. El esquema representa una reacción consistente en la
inicial necesaria para que las moléculas puedan reaccionar
transformación de X en Y. En el primer caso, se requiere una energía
de activación “1” para conseguirlo, representada por la altura que es se denomina energía de activación.
En el laboratorio, la energía de activación se
necesario levantar una bolita para sacarla de la caja. Con la reacción
consigue normalmente con calor. Pero en una célula
catalizada, el trabajo necesario para sacar la bolita es mínimo.
muchísimas
reacciones
se
están
produciendo
simultáneamente y el calor afectaría todas estas reacciones indiscriminadamente. El calor rompería también los enlaces de
hidrógeno que tan eficaces son en mantener la estructura de las moléculas dentro de la célula, y tam bién tendría otros efectos
globales destructivos. Las células solucionan este problema gracias al trabajo de las enzimas, moléculas especiales para
catalizar las reacciones.
Un catalizador es una sustancia que hace disminuir la energía de activación de una reacción, asociándose
temporalmente con las moléculas que están reaccionando (Figura 34). Esta unión temporal se traduce en un acercamiento
íntimo de las moléculas y puede debilitar los enlaces químicos existentes, con lo que se facilita la formación de nuevos. Com o
consecuencia, es muy poca la energía inicial que debe usarse para empezar la reacción, y ésta se produce con mayor rapidez
que en ausencia del catalizador. El catalizador no se modifica durante el proceso, por lo que puede reutilizarse continuamente.
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Gracias a las enzimas, las células pueden llevar a cabo reacciones químicas a grandes velocidades y a temperaturas
relativamente bajas. Una sola molécula de enzima puede catalizar la reacción de decenas de miles de moléculas iguales en un
segundo. Por esto, las enzimas son particularmente eficaces a concentraciones muy pequeñas.
Se conocen cerca de 2.000 tipos diferentes de enzimas, capaces de
realizar una reacción química específica. Pero no hay ninguna célula que
contenga todas las enzimas conocidas, sino que diferentes tipos de células
contienen diferentes tipos de enzimas. Las enzimas particulares que una célula
fabrica determinan mayormente la función biológica que tendrá esta célula y
sus actividades. Una célula puede tener una cierta reacción química con una
velocidad aceptable, sólo si tiene la enzima específica para catalizar dicha
reacción.
La molécula (o moléculas) sobre la que actúa la enzima se denomina
sustrato. Por ejemplo en la reacción esquematizada en la figura 35, la sacarosa
es el sustrato de la sacarasa, su enzima.
El funcionamiento de una enzima está determinado por su sitio activo
Figura 35. Mecanismo de acción de una enzima
Algunas enzimas son moléculas de ARN. Todas las otras enzimas
son, en cambio, grandes moléculas de proteína, muy complejas, compuestas
de una o más cadenas polipeptídicas. Las cadenas polipeptídicas de las
enzimas se hallan plegadas de manera que forman huecos o entrantes en su
superficie. El sustrato se acomoda en estas partes y es allí donde se produce la
reacción catalizada. Esta parte de la molécula se llama sitio activo.
Sólo unos cuantos aminoácidos de la enzima forman parte de un
determinado sitio activo. Algunos pueden ser aminoácidos consecutivos de la
cadena polipeptídica, pero frecuentemente los aminoácidos del centro activo
están juntos porque la estructura tridimensional de la proteína los ha acercado.
La unión entre la enzima y el sustrato puede ser muy específica o
puede ser flexible. Vale decir, el contacto con el sustrato puede inducir un
cambio en la disposición de los aminoácidos del sitio activo de la enzima,
favoreciendo la unión específica (fig. 36)
La mayor parte de los casos, el nombre de
una enzima se refiere al sustrato que afecta o
a la función que cumple en la reacción
catalizada. Por ejemplo, la enzima que facilita
la degradación de la sacarosa se llama
sacarasa; la enzima que facilita la unión de
dos subunidades de un polímero se llama
ligasa.
Cabe señalar, por último, que es
gracias a las enzimas del aparato digestivo
que se consigue la extracción eficiente de
Figura 36. (a) Modelo por computador de la enzima hexocinasa (azul) y sus sustrato energía desde los alimentos. Casi el 40% de
glucosa (rojo) antes de formar un complejo Enzima-Sustrato. El sitio activo de la la energía presente en las moléculas de los
enzima es el surco donde se unirá la glucosa (b) La unión de la glucosa al sitio activo alimentos se aprovecha en las actividades
de la hexocinasa cambia la forma de la enzima, fenómeno conocido como ajuste celulares, tal como la contracción muscular.
inducido.
Esto se debe a que las enzimas actúan en
pequeños pasos secuenciales, liberando gradualmente la energía. Por ejemplo, la glucosa requiere de 16 reacciones catalizadas
cada una por una enzima diferente para poder ser degradada por completo. En comparación, un motor de combustión transforma
en trabajo mecánico sólo el 25% de la energía de la bencina mientras que el resto se disipa como calor. Esto, porque la bencina
es quemada de una sola vez, mediante una explosión.
Actividad 15. Resuelve los siguiente “problemas metabólicos”
a)
b)
c)
¿Cómo se relacionaría la actividad metabólica con el hecho de que los seres humanos
tenemos una temperatura de 36,7ºC?
Observa el siguiente gráfico y decide cuál de las dos curvas (A o B) representa una
reacción catalizada mediante enzima. Justifica
¿Qué sucedería si la energía necesaria para sintetizar las enzimas de una célula fuera
superior a la energía que la misma célula obtiene mediante reacciones catabólicas?
A la larga, muchas actividades celulares pueden correlacionarse con las necesidades
de un ser vivo
Colegio Alberto Blest Gana
“Jóvenes emprendedores para el siglo XXI”
Coordinación Académica
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Actividad 16.
A modo de resumen de esta guía sobre la organización celular, te proponemos que establezcas una relación entre las distintas
tareas que una célula es capaz de cumplir y actividades que realizas a diario. Dejamos tres espacios extras para poner a prueba tu
creatividad.
1. Obtención de gases respiratorios
2. Movimiento
3. Digestión
4. Percepción del entorno
5. Toma de decisiones
6. Eliminación de sustancias de desecho
7. Soporte interno
8.
9.
10.
Cuerpo humano
Vías respiratorias
Músculos
Aparato digestivo
Órganos de los sentidos
Cerebro
Vías urinarias, glándulas sudoríparas
Esqueleto
Célula
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------Actividad 17. Selección múltiple
Pregunta nivel 1: sólo exige conocimiento de
información
Escoge la alternativa en que se relaciona correctamente la
molécula con el organelo que la sintetiza:
a) Lípidos - REL
b) Aminoácidos - RER
c) Proteínas - Ribosomas
d) Carbohidratos – mitocondria
e) Ácidos nucleicos - ribosomas
Pregunta nivel 3: exige análisis y explicación de un fenómeno
La Figura 1 es un gráfico de una reacción enzimática típica. ¿A qué
se debería la fase B de la curva?
Pregunta nivel 2: exige relación y/o comprensión de
conceptos
¿Qué característica en común tienen bacterias y
organismos unicelulares eucariontes?:
a) Pared celular
b) Membrana plasmática
c) Posibilidad de formar tejidos
d) Retículo Endoplásmico Rugoso
e) Material hereditario envuelto en membrana
a)
b)
c)
d)
e)
A la falta de enzima
Al término del producto
Al agotamiento del sustrato
A la inactivación de la enzima
A un equilibrio entre sustrato y producto