Célula

REGULAR UNALM 2015 – I 1 Reacciona e impulsa tu ingreso…

BIOLOGÍA

Regular 2015 - I

Tema:

Biología Celular

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ESTRUCTURA Y FUNCION CELULAR I. RESEÑA HISTÓRICA • 1665: Robert Hooke (Padre de la Citología) publica Micrographia, en el cual describe e ilustra la estructura celular del corcho muy delgado, viendo “una gran cantidad de pequeñas celdillas” • 1675: Anton Van Leeuwenhoek, mejora las lentes de microscopio de aquella época y con ello describe una variedad de formas unicelulares (animáculos), incluyendo en 1673, a la bacteria. • 1824: Dutrochet, llega a la conclusión correcta de que todos los tejidos, tanto animales como vegetales, están compuestos de unidades más pequeñas, las células. • 1831: Robert Brown, comunica la existencia del núcleo celular. • 1838 – 1839: Mathias Schleiden y Theodor Schwann, proponen argumentos convincentes en defensa de la Teoría Celular, sosteniendo que todos los tejidos están compuestos por células y que el metabolismo y el desarrollo de los tejidos son el resultado de la actividad celular. • 1858: Rudolf Virchow, afirma correctamente que las células provienen sólo de células y que como unidades funcionales de la vida también son el sitio de la enfermedad. • 1862: Louis Pasteur, se opone a la teoría de la aparición de microbios por generación espontánea. • 1871: Louis Pasteur, demuestra que la fermentación alcohólica natural siempre implica la acción de levaduras. • 1882: Robert Koch, identifica al agente causal de la TBC (Mycobacterium tuberculosis, “Bacilo de Koch”) • 1897: Buchner, encuentra que la fermentación alcohólica requiere solo el extracto de levaduras, no a las células mismas. A partir de 1900, los investigadores de la célula enfocaron sus trabajos en dos direcciones fundamentalmente distintas: Los biólogos celulares, dotados de microscopios cada vez con mayor resolución procedieron a describir la ultraestructura de la célula. Con la llegada del

microscopio electrónico (Ruska y Knoll), se consiguió adentrarse cada vez más en la intimidad de la célula hasta llegar a discernir las estructuras moleculares. Los bioquímicos, cuyos estudios se dirigieron a dilucidar los caminos por los cuales la célula lleva a cabo las reacciones bioquímicas que sustentan los procesos de la vida, incluyendo la fabricación de los materiales que constituyen la misma célula. Ambas direcciones han convergido hoy día, de tal forma que para el estudio de la estructura celular y de su función aplican tanto técnicas bioquímicas como de biología molecular. II. TEORÍA CELULAR A principios del siglo XIX se realizaron varios descubrimientos acerca de la estructura de los tejidos vegetales y animales que llevaron finalmente al botánico M. Schleiden (1838) y al zoólogo T. Schwann (1839) a formular la TEORIA CELULAR de manera más definida. Estudios posteriores permitieron llegar a la versión moderna de la teoría celular que afirma: - Las células constituyen las unidades morfológicas y fisiológicas de todos los organismos vivos. - Las propiedades y funcione de un organismo dado dependen las células individuales. - Las células se originan únicamente a partir de otras células (R. Virchow) y su continuidad se mantiene a través del material genético. - La unidad más pequeña de la vida es LA CÉLULA. III. CLASIFICACIÓN Debido a la amplia gama de células existentes se ha creído conveniente tomar ciertos criterios para su clasificación, por ejemplo: Según el grado de evolución A. La Célula procariota Es de organización muy simple, ejemplo: las bacterias, las algas unicelulares cianofitas (cianobacterias) y las arqueobacterias. Carece de membrana nuclear, vacuolas, mitocondrias y otras organelas subcelulares y la pared celular está formada por un complejo molecular denominado peptidoglucano (mureina).

Biología Scientia AGRARIA REGULAR 2015 - I


B. La célula eucariota Es la célula típica de algunos organismos unicelulares (ejemplo: protozoarios y levaduras) y todos los pluricelulares, (ejemplo: plantas y animales). Como consecuencia de su elevado grado de diferenciación, posee gran número de estructuras y orgánulos subcelulares, el núcleo está rodeado por una doble membrana (carioteca).

CÉLULA PROCARIÓTICA

(Ausencia de núcleo)

CÉLULA EUCARIÓTICA (Presencia de núcleo)

- Son las primeras en aparecer en la tierra. - No presentan carioteca y su ADN está disperso en el citoplasma (en el caso de la bacteria adherido a un mesosoma) y carente de histonas (ADN circular y desnudo), generalmente es único (cromosoma bacteriano) - Único organoide: Ribosomas 70 S. - Miden menos de 10 um y pueden formar

- Provienen producto de la evolución de las procariotas. - Presentan carioteca y su ADN está fundamentalmente en el núcleo. - ADN lineal con histonas (cromatina). - Variedad de organelas, además presentan ribosomas 80 S. - El tamaño varía entre 10 y 50 um. Generalmente las células vegetales son mayores que las animales

colonias, pero no tejidos. - Carecen de sistema de membranas internas, con la excepción de las laminillas fotosintéticas en las cianofitas. REPRESENTANTES:

REINO EUBACTERIA: Bacterias, Cianobacterias.

REINO ARCHAE: Metanógenas, halófilas, termófilas.

(excepto los óvulos). - Presentan sistema de membranas internas. REPRESENTANTES:

REINO PROTISTA: Algas, Protozoarios.

REINO FUNGI

REINO PLANTAE

REINO ANIMALIA

IV. ESTRUCTURA DE LA CELULA PROCARIOTA La capsula Es una cubierta externa, constituida por polisacáridos (derivados de la celulosa). La cápsula es una protección contra la fagocitosis. No todas las bacterias desarrollan cápsula. La Pared Celular En las bacterias Gram positivas está compuesta principalmente por una pared gruesa de peptidoglucano. En las bacterias Gram negativas la pared celular incluye una capa delgada de peptidoglucano, lipoproteínas, lipopolisacáridos y una membrana externa lipoproteica. La pared celular brinda protección osmótica a la célula y actúa como antígeno bacteriano. La Membrana Citoplasmática Está constituida por una bicapa lipídica y por proteínas y periféricas. Se caracteriza por carecer de colesterol y de otros esteroides. Los Mesosomas Son invaginaciones de la membrana citoplasmática. Existen dos tipos de mesosomas: - Mesosoma de tabique. Sirve como punto de fijación del cromosoma bacteriano. Permite su segregación durante la bipartición o división amitótica. - Mesosoma lateral. Presenta la cadena transportadora de electrones, para la síntesis de ATP. Durante el proceso de respiración celular. Laminillas Fotosintéticas Son invaginaciones de la membrana citoplasmática presentes sólo en las bacterias fotosintéticas. Se



encargan de la fase luminosa de la fotosíntesis. Presentan sólo Fotosistema I, donde se localiza el principal pigmento fotosintético denominado bacterioclorofila A. La fotosíntesis es anoxigénica, no libera oxígeno. El Citoplasma. Estructura carente de citoesqueleto y organelas membranosas. Presenta: - Ribosomas. Se trata de partículas nucleoproteicas compuestas por ARN y proteínas. Tienen un valor de sedimentación 70 S y están constituidos por subunidades 50 S y 30 S. Se encargan de la síntesis de proteínas. - El Nucleoide Es la región constituida por una molécula de ADN circular desnudo (cromosoma bacteriano). Se dice que es un desnudo porque carece de proteínas histonas. El ADN circular se fija al mesosoma de tabique, está formado por dos cadenas antiparalelas y complementarias. Es polianiónico y está estabilizado por iones de magnesio (Mg ++). - Sustancia de Reserva La principal sustancia de reserva es el glucógeno (polímero de glucosas). Adicionalmente gránulos de volutina (fosfato) también azufre, magnetita, etc. Las Fimbrias o Pili Son apéndice cortos y delgados, de naturaleza proteica encargados de la adherencia de las bacterias simbióticas a las células huésped (pili ordinarios) o de la adherencia entre bacterias donadoras y receptoras de segmentos cortos de ADN (plásmido) durante la conjugación (pili sexuales). Los pilis están compuestos de la proteína pilina. Los Flagelos. Son de naturaleza proteica, están compuestos por la proteína globular llamada flagelina. Se encargan de la locomoción bacteriana. No todas las bacterias tienen flagelos.

ESTRUCTURA DE LA CÉLULA EUCARIÓTICA 1. ENVOLTURA CELULAR 1.1. Pared Celular La pared celular se construye de diversos materiales dependiendo de la clase de organismo: En las plantas, la pared celular se compone sobre todo de un

polisacárido denominado celulosa. En los hongos, presentan pared celular de quitina. Las algas tienen típicamente paredes construidas de glicoproteínas y polisacáridos. No obstante, algunas especies de algas pueden presentar una pared celular compuesta por dióxido de silicio. Estructura La pared celular vegetal tiene tres partes fundamentales: a. Pared primaria: Está presente en todas las células vegetales, usualmente mide entre 100 y 200 nm de espesor y es producto de la acumulación de 3 o 4 capas sucesivas de microfibrillas de hemicelulosa compuesta entre un 9 y un 25% de celulosa. La pared primaria se crea en las células una vez que está terminando su división, generándose el fragmoplasto, una pared celular que dividirá a las dos células hijas. La pared primaria está adaptada al crecimiento celular. b. Pared secundaria: Cuando existe, es la capa más adyacente a la membrana plasmática, se forma en algunas células una vez que se ha detenido el crecimiento celular y se relaciona con la especialización de cada tipo celular. A diferencia de la pared primaria, contiene una alta proporción de celulosa, lignina y/o suberina. c. Lámina media: Es el lugar que separa la pared primaria de la secundaria de la célula vegetal en crecimiento, luego de haber pasado por la etapa de citocinesis.

Funciones a. Forma geométrica. b. Protección c. Proceso de turgencia



1.2. Glucocálix Presente en las células animales y en protozoarios, sus principales componentes son las glucoproteínas. Su principal función es el reconocimiento celular. Funciones • Protección: amortigua la membrana citoplasmática y la protege contra lesiones físicas y químicas. • Inmunidad a la infección: permite al sistema inmunitario reconocer y atacar selectivamente a organismos extraños. • Defensa contra el cáncer: los cambios en el glucocálix de las células cancerosas permiten al sistema inmunitario reconocerlas y destruirlas. • Compatibilidad de los trasplantes: forma la base para la compatibilidad de las transfusiones de sangre, del tejido injertado y de los trasplantes de órganos. • Adherencia celular: fija a las células que forman parte de los tejidos. • Fertilización: permite al esperma reconocer y unirse a los óvulos. • Desarrollo embrionario: guía las células embrionarias a sus destinos en el cuerpo.

2. MEMBRANA CELULAR Es una estructura común a las células procariotas y eucariotas, la membrana celular separa físicamente el interior de la célula con el entorno exterior. Su naturaleza es lipoproteica porque está compuesta de fosfolípidos y proteínas. Los fosfolípidos se disponen en dos filas paralelas constituyendo una bicapa lipídica, en la que se encuentran embebidas las proteínas, este arreglo estructural es referido como el modelo de ¨mosaico fluido¨ propuesto por Singer y Nicholson. Los ácidos grasos de los fosfolípidos pueden ser saturados o insaturados, de modo que la proporción en que se encuentren determinara que la membrana sea más o menos fluida. Las membranas de células eucariotas pueden asociar también a su

estructura moléculas de glúcidos y esteroles (como el colesterol en animales y el ergosterol en vegetales). Las moléculas de los fosfolípidos son de naturaleza anfipática, es decir, tienen regiones hidrofóbicas e hidrofílicas. La bicapa de lípidos está dispuesta de manera que las porciones hidrófilas están en las dos superficies de la bicapa y las porciones hidrófobas en el interior. Las proteínas se incluyen en esta bicapa, disponiendo igualmente sus porciones hidrófilas hacia la superficie externa e interna de la membrana y las porciones hidrófobas están en contacto con el interior de la bicapa. Todas las membranas biológicas presentan esta estructura, a excepción de la membrana de las arqueobacterias (monocapa de éteres de glicerol). La función de la membrana es regular el transporte de materiales (agua, iones y nutrientes) hacia el interior hacia el interior de la célula. La variedad de proteínas embebidas en su estructura permite el participar también en funciones de transferencia de información (a través de proteínas receptoras y glucoproteinas) y en funciones de síntesis (mediante enzimas).

SISTEMA DE TRANSPORTE MEDIADO POR LA MEMBRANA El paso de una sustancia a través de la membrana depende del tamaño y de la carga de esta sustancia. La membrana plasmática tiene permeabilidad selectiva (semipermeable), es decir, que sólo permite el paso de algunas sustancias. El transporte de sustancias a través de la membrana puede ser pasivo o activo. TRANSPORTE PASIVO Es el mecanismo que permite el ingreso o salida de sustancias a través de la membrana plasmática sin gasto de energía en la célula. Existen dos formas de



transporte pasivo en la célula: difusión simple y difusión facilitada. • Difusión simple: es el paso espontáneo de moléculas de una zona de mayor concentración a otra de menor concentración. Este movimiento ocurre debido a la energía cinética propia de las moléculas de cada sustancia. Cualquier aporte externo de energía incrementa la energía cinética y con ello la velocidad de difusión de la sustancia. La célula normalmente está concentrada en solutos, por lo que a través de difusión simple se transportan fundamentalmente gases. • Osmosis: es la difusión de agua a través de una membrana semipermeable o selectivamente permeable. Para que ocurra la ósmosis debe existir un gradiente de concentración a ambos lados de la membrana, el movimiento de las moléculas de agua es espontaneo y no requiere energía externa. Cuando una célula se coloca en un líquido que tiene la misma concentración de sustancias disueltas (solutos) que la célula, es decir en una solución isotónica, existe la misma concentración de agua en ambos lados de la membrana, por lo tanto no ocurre movimiento neto de agua al interior o exterior de la célula. Si el líquido circundante posee una concentración de solutos mayor que la correspondiente al interior de la célula, se trata de una solución hipertónica respecto a la célula. Siendo más concentrada en solutos, la concentración de agua en esta solución es menor que en el interior de la célula, por lo que el movimiento de agua ocurrirá de la célula hacia el exterior para alcanzar el equilibrio, es decir, la célula pierde agua y se contrae. Cuando el líquido circundante tiene una menor concentración de solutos que la correspondiente al interior de la célula, constituye una solución hipotónica respecto a la célula. Al tener menos sustancias disueltas su concentración de agua será mayor que la célula, por lo tanto, el movimiento del agua será desde el exterior hacia el interior de la célula, es decir, la célula gana agua y se hincha. Entre las células vegetales y animales existen diferencias en los efectos osmóticos. La presencia de pared celular en las células vegetales, permite que en las soluciones hipotónicas el agua ingrese a la célula y presione la pared celular en lo que denominamos

presión de turgencia. Una célula animal en medio hipotónico se hincha hasta producirse lisis o ruptura. En una solución hipertónica, tanto la célula vegetal como la animal pierden agua. En células vegetales esto se conoce como plasmólisis, en células animales el fenómeno es denominado crenación.

• Difusión facilitada: es el paso de sustancias hacia el interior de la célula utilizando proteínas transportadoras que se encuentran embebidas en la membrana celular. Las proteínas transportadoras pueden modificar su estructura para permitir el paso de los nutrientes o pueden actuar a manera de canales. A través de difusión facilitada pueden ingresar azúcares, por ejemplo, la glucosa. TRANSPORTE ACTIVO Es el ingreso o salida de sustancias hacia el interior o exterior de la célula en contra de la gradiente de concentración, utilizando proteínas transportadoras y energía. Este transporte involucra siempre gasto de energía de la célula para mover sustancias desde zonas en las que están poco concentradas hasta regiones de mayor concentración. A través del transporte activo ingresan muchas sustancias, por ejemplo, azúcares, ácidos orgánicos, aminoácidos, iones como H+, Na+ y K+. La llamada bomba de sodio-potasio (Na-K) utiliza este sistema, se encarga de bombear iones sodio hacia el exterior de la



membrana y los iones potasio hacia el interior, en contra de la gradiente de concentraciones.

TRANSPORTE DE MACROMOLECULAS (MEDIANTE VESICULAS O EN MASA) La célula no puede introducir en su interior sustancias de gran tamaño (macromoléculas, virus, bacterias, etc.) por eso emplea mecanismos basados en la formación de vesículas membranosas, que engloban estas partículas. Endocitosis Son procesos de introducción de macromoléculas al interior de las vesículas. Una porción de la membrana plasmática los envuelve y se forma una vacuola o vesícula, que después libera su contenido en el interior de la célula. La endocitosis puede ser de dos tipos: • Fagocitosis: La membrana plasmática envuelve una partícula sólida como una bacteria o un protista, forma una vesícula a su alrededor y la introduce a la célula. • Pinocitosis: la célula lleva a su interior materiales disueltos y forma diminutas vesículas alrededor de microgotas de líquido atrapadas por pliegues de la membrana plasmática Exocitosis La célula expulsa productos de desecho (egestión) o productos sintetizados (secreción), como hormonas o mucílago, por fusión de una vesícula a la membrana plasmática

AUTOEVALUACION 1. Las subunidades ribosómicas en una bacteria son: a) 60S y 70S b) 80S y 40S c) 70S y 30S d) 40S y 60S e) 30S y 50S 2. Célula que posee un único cromosoma circular A) Paramecium B) Salmonela C) Eritrocito D) Levadura E) Ameba 3. Las bacterias y cianobacterias están constituidas por célula: A) Procariota B) Eucariota C) Mixótrofa D) Autótrofa E) Heterótrofa 4. La estructura responsable de la respiración celular en una bacteria es: A) mitocondria B) mesosoma C) pilis D) ribosomas E) membrana celular 5. Las células procarióticas se caracterizan, excepto por: A) material genético libre en el citoplasma B) cromosoma circular C) abundantes ribosomas D) presentan pared celular E) aumenta la población sexual 6. Son células procarióticas excepto: A) clamidias B) cianobacterias C) rickettsias D) metanógenas E) amebas 7. Estructura que le da forma y rigidez a la célula bacteriana es A) la cápsula mucilaginosa B) la pared celular C) citoesqueleto interno



D) membrana plasmática E) citoplasma coloidal 8. Las cianobacterias se diferencian de las levaduras por presentar A) sistema de endomembranas B) citoesqueleto C) cromosoma circular D) centriolos E) células diferenciadas 9. Es una estructura exclusiva de una célula procariótica A) membrana celular B) vacuola C) mesosomas D) ribosomas E) carioteca 10. La tinción Gram se fundamenta en la estructura diferencial de la A) cápsula viscosa B) pared celular C) membrana plasmática D) envoltura nuclear E) membrana lisosomal 11. En una neurona y una cianobacteria es común encontrar A) ribosomas B) mesosomas C) pared celular D) carioteca E) ADN lineal 12. En una célula procariótica los mesosomas realizan A) replicación de ADN B) crecimiento del ARN C) el proceso digestivo D) respiración celular E) reconocimiento celular 13. Las células bacterianas esféricas dispuestas en cadena, se denominan………mientras que las cilíndricas se denominan…………… A) cocos – diplococos B) estreptococos – vibriones C) estafilococos – bacilos D) espirilos – vibriones E) estreptococos - bacilos

14. El cromosoma bacteriano a diferencia de los cromosomas humanos A) carecen de tubulina B) carecen de ARN C) poseen ADN y ARN D) carecen de proteínas histonas E) presentan nucleosoma 15. En las observaciones de Robert Hooke se determinó la existencia de A) el núcleo B) una célula C) la pared celular D) los organelos E) la membrana celular 16. Constituyente de la pared celular de la mayoría de hongos A) Quitina B) Almidón C) Celulosa D) Celobiosa E) Glucosa 17. El ADN, ARN y ribosomas están presentes en a. Todas las células b. El nucléolo c. Sólo la mitocondria d. Sólo las células eucariotas e. El citoesqueleto 18. La estructura de la pared celular de los hongos está compuesta principalmente…………. a. Una proteína b. Un polisacárido c. Un glucopéptido d. Un glucolípido e. Hemicelulosa 19. Algunas de las funciones de la célula eucariota son desarrolladas en la célula procariota por: a. Las mitocondrias b. Los lisosomas c. El nucléolo d. Los peroxisomas e. La membrana celular 20. Los ribosomas se encuentran: a. Sólo en células eucariotas b. En el citoplasma c. Sólo en el núcleo d. Asociados al R.E. L. e. Sólo en las mitocondrias



21. La pared celular bacteriana está compuesta por: a. El polisacárido quitina b. Una matriz fosfolipídica c. Una proteína estructural d. Un polímero de azúcares y péptidos e. Una lipoproteína 22. Plantearon la teoría celular A) Singer y Nicholson B) Watson y Crick C) Darwin y Wallace D) Schleiden y Schwann E) Hooke y Leewenhoeck 23. Una característica común entre una célula procariota y una eucariota es la presencia de A) Mitocondrias B) Ribosomas C) Lisosomas D) Golgisomas E) Carioteca 24. La zona glucídica de las membranas de protozoos y animales, compuesta de azúcares y cadenas peptídicas cortas y que participa en diversas actividades como el reconocimiento celular durante las reacciones inmunitarias, se denomina A) fosfoglicérido B) glucocálix C) pared celular D) membrana citoplasmática E) N–acetil glucosamina 25. Polisacáridos presentes en la pared celular de plantas y hongos respectivamente A) mureína y hemicelulosa B) quitina y celulosa C) celulosa y quitina D) suberina y peptidoglucano E) lignina y suberina 26. La células vegetales que tienen la pared celular más resistente son las del esclerénquima y del xilema. Su pared está impregnada de: a) Celulosa b) Hemicelulosa c) Lignina d) Suberina e) Cutina

27. La pared celular vegetal no puede sufrir extensión porque está compuesta principalmente por: a) Celulosa b) Lignina c) Quitina d) Hemicelulosa e) Suberina 28. Estructura que le da forma y rigidez a la célula bacteriana es A) la cápsula mucilaginosa B) la pared celular C) citoesqueleto interno D) membrana plasmática E) citoplasma coloidal 29. Una característica de células eucarióticas que las diferencia de las procarióticas, es la presencia de A) Acido desoxirribonucleico B) ribosomas C) organelos membranosos D) citoplasma E) pared celular 30. En las observaciones de Robert Hooke se determinó la existencia de A) el núcleo B) una célula C) la pared celular D) los organelos E) la membrana celular

CLAVES

1.E 11.A 21.D

2.B 12.D 22.D

3.A 13.E 23.B

4.B 14.D 24.B

5.E 15.C 25.C

6.E 16.A 26.C

7.B 17.A 27.A

8.C 18.B 28.B

9.C 19.E 29.C

10.B 20.B 30.C

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