Manual de Laboratorios Biología
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Manual de Laboratorios Biología Víctor Zárate Tribiño Nombre: Establecimiento: Curso: Marzo, 2015
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Biología
Víctor Zárate Tribiño
Nombre:
Establecimiento:
Curso:
Marzo, 2015
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Biología
CAPITULO I: Generalidades Normas de seguridad para Laboratorio Estructura Informe de Laboratorio Rubrica de evaluación para informes de Laboratorio Estructura Pendones de Exposición
I
N
D
I
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CAPITULO I: GENERALIDADES
NORMAS DE SEGURIDAD PARA LABORATORIOS
1Antes de llevar a cabo una actividad práctica, todos debemos tomar en cuenta las
siguientes recomendaciones:
1. Recuerde siempre que en el laboratorio debe trabajar seriamente, con mucha
responsabilidad y estar atento a las instrucciones del profesor.
2. No deben efectuarse experimentos a menos que estén supervisados y aprobados por su
profesor.
3. Leer cuidadosamente el manual antes de entrar al laboratorio. Las instrucciones se deben
seguir en forma inteligente, observando cuidadosamente todas las precauciones. Cualquier
anomalía se debe consultar con su profesor.
4. Uso indispensable de cotona blanca de laboratorio, no debes tener aros ni pulseras que
dificulten tu trabajo. Si tienes el pelo largo recuerda siempre amarrarlo antes de entrar al
laboratorio.
5. No ingerir alimentos dentro del laboratorio.
6. No trasladar varios objetos de vidrio al mismo tiempo.
7. Lea cuidadosamente la etiqueta del frasco hasta estar seguro de que es el reactivo que
necesita, no utilice reactivos que estén en frascos sin etiquetas, después de usar un reactivo
tenga la precaución de cerrar bien el frasco.
8. Debe informar inmediatamente de cualquier accidente, aunque sea leve, al profesor o
laboratorista.
9. El orden y la limpieza deben estar presentes a todas las experiencias de laboratorio. En
consecuencia al terminar cada práctica se procederá a limpiar cuidadosamente los equipos,
los materiales y las mesas de trabajo que ha utilizado.
10. Cuando ha calentado vidrio, este se debe colocar sobre tela, en lugar no muy accesible
de la mesa de trabajo y dar suficiente tiempo para que se enfríe antes de tocarlo. Recuerde
que el vidrio caliente tiene el mismo aspecto que el vidrio frío.
1 E. Constantino et al, 2012, Manual de prácticas de Biología I, Colegio de Estudios Científicos de Chiappas
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11. Cuando se calientan sustancias contenidas en un tubo de ensayo, no se debe apuntar la
boca del tubo al compañero o así mismo, ya que pueden presentarse proyecciones de líquido
caliente.
12. En caso de incendio, empléese una tela para apagarlo y tenga siempre presente la
ubicación de los extintores.
13. Los sólidos y papeles que se desechen deben colocarse en un recipiente apropiado.
14. No devolver nunca a los frascos de origen los sobrantes de los productos utilizados sin
consultar con su profesor.
15. Todo el material, especialmente los aparatos delicados, deben de manejarse con cuidado
evitando los golpes o el forzar sus mecanismos.
16. Los productos inflamables (gas, alcohol, éter, etc.) deben mantenerse alejados de las
llamas de los mecheros. Si hay que calentar tubos de ensayo con estos productos, se hará
a baño María, nunca directamente a la llama. Si se manejan mecheros de gas se debe de
tener mucho cuidado de cerrar las llaves de paso al apagar la flama.
17. Cuando se manejan productos corrosivos (ácido, álcali, etc.) deberá hacerse con cuidado
para evitar que salpique el cuerpo o bata.
18. Cuando en una reacción se desprendan gases tóxicos o se evaporen ácidos, la operación
deberá hacerse bajo una campana de extracción o en un lugar ventilado.
19. Cuando se calienten a la llama tubos de ensayo que contengan líquidos se debe evitar la
ebullición violenta por el peligro que existe ya que puede producir salpicaduras. El tubo
de ensayo se acercará a la llama inclinado y procurando que este actúe sobre la mitad
superior del contenido, cuando de observe que inicia la ebullición rápida, se retirará,
acercándolo nuevamente a los pocos segundos y retirándolo otra vez al producirse otra
nueva ebullición, realizando así un calentamiento intermitente. En cualquier caso se
evitará dirigir la boca del tubo hacia la cara o hacia otra persona.
20. Cuando se quiera diluir un ácido, nunca se debe agregar agua sobre ellos; siempre al
contrario: ácido sobre agua.
21. No se debe oler directamente una sustancia, si se desconoce que es.
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22. No pipetear nunca con la boca. Se debe utilizar una perilla de succión.
23. Las pipetas se agarrarán de forma que sea el dedo índice el que tape su extremo superior
para regular la caída del líquido.
24. Al nivelar un líquido con una determinada división de escala graduada debe evitarse el
error de igualamiento levantando el recipiente graduado a la altura de los ojos para que
la visualización al enrase sea horizontal.
25. Cualquier material de vidrio no deberá enfriarse bruscamente justo después de
haberlos calentado con el fin de evitar roturas
26. Manipula con cuidado el equipo de vidrio para que no se rompa; en caso de que esto
suceda, recoge con cuidado los fragmentos de vidrio envuélvelos en un papel y tíralos en
el bote de la basura.
27. En ocasiones es necesario reconocer una sustancia por su olor, la manera adecuada de
hacerlo consiste en abanicar con la mano hacia la nariz un poco de vapor y aspirar indi-
rectamente; nunca inhalar directamente del recipiente.
28. En caso de heridas, quemaduras con objetos calientes, salpicadura de sustancias
causticas o de malestar por gases aspirados, acudir inmediatamente al profesor y de ser
necesario al médico.
29. No tirar o arrojar residuos químicos de los experimentos al desagüe. En cada práctica
deberá preguntar al profesor sobre los productos que puede arrojar al desagüe, para evitar
la contaminación de ríos y lagos.
30. Evitar el manejo de sustancia o reactivos si no te encuentras en buenas condiciones de
salud, o bajo tratamiento médico.
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RECOMENDACIONES Y CUIDADOS ESPECIALES PARA
ALGUNAS SUSTANCIAS
Ácido Fluorhídrico (HF) Causa quemaduras de acción retardada en la piel,
en contacto con las uñas causa fuertes dolores, y sólo si se atiende a tiempo se puede
evitar la destrucción de los tejidos incluso el óseo.
Ácido Nítrico (HNO3) Este ácido daña permanentemente los ojos en unos
cuantos segundos y es sumamente corrosivo en contacto con la piel, produciendo
quemaduras, mancha las manos de amarillo por acción sobre las proteínas.
Ácidos Sulfúrico (H2SO4), Fosfórico (H3PO4) y Clorhídrico
(HCl) Las soluciones concentradas de estos ácidos lesionan rápidamente la piel y
los tejidos internos. Sus quemaduras tardan en sanar y pueden dejar cicatrices. Los
accidentes más frecuentes se producen por salpicaduras y quemaduras al pipetear
directamente con la boca.
FIG. SIMBOLO DE PELIGRO “CORROSIVO”
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SIMBOLOS DE PELIGRO
2Existen símbolos (imágenes) que se utilizan en las etiquetas de los envases que
contienen los reactivos, para indicar el grado de peligrosidad de los mismos:
2 E. Constantino et al, 2012, Manual de prácticas de Biología I, Colegio de Estudios Científicos de Chiappas
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CAPITULO II: METODO CIENTIFICO Y MICROSCOPIA
LA CIENCIA Y EL METODO CIENTIFICO
OBJETIVOS
A) Compresión del método científico como herramientas para obtener conocimientos
verdaderos.
B) Aplicación del método científico, específicamente en problemas genéticos.
C) Comprensión y aplicación adecuada de terminología básica del método científico.
D) Comprender como se va estructurando y remodelando el conocimiento científico.
INTRODUCCIÓN
La palabra ciencia deriva del latin “scientia”, que significa conocimiento, pero
se refiere desde su misma acepción común, a un tipo de conocimiento distinto del
espontaneo y vulgar.
Con el paso de los años la palabra ciencia ha venido a significar un método
para obtener conocimientos de una clase especial: para conocer las cosas y los
procesos que se encuentra y tiene lugar en el universo que nos rodea. Las ramas
particulares de este conocimiento, que pueden ser convenientemente distinguidas
unas de otras, son llamadas ciencias: la ciencia de la zoología, que estudia los
animales; o la ciencia de la astronomía, que estudia las estrellas, por ejemplo.
La ciencia, por lo tanto, es un método especial que se ha desarrollado
gradualmente a través de los siglos, destinado a aumentar nuestros conocimientos
del mundo; en otras palabras, es una manera especial de aprender. Esta manera
especial consiste en hacerlo mediante el método científico.
Para Dobzhansky 1961), la ciencia tiene dos propósitos generales:
1. Intenta comprender la hombre y el universo del cual forma parte
2. Procura proveer al hombre los medios para controlar su ambiente.
Luego agrega:” la búsqueda de la comprensión es función de la ciencia
pura, teórica o fundamental. El conocimiento y la comprensión son fuentes de
satisfacción, incluso cuando no rinden ningún beneficio material inmediato.
El control del ambiente, por su parte, es función de la ciencia aplicada o
tecnología.
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Sin embargo, la comprensión de las cosas es el camino más seguro para
controlarlas y, por consiguiente, la distinción entre ciencia pura y ciencia aplicada no
es siempre es nítida. Esta distinción es a menudo más bien un reflejo de la actitud
mental de los investigadores y estudiosos que del objeto de sus investigaciones y
estudios. Algunos descubrimientos de la mayor utilidad práctica fueron hechos por
científicos ocupados en explorar las leyes de la naturaleza, sin considerar su posible
utilización. Por ejemplo, la teoría microbiana de las enfermedades y la gran parte de
la tecnología moderna en alimentos son consecuencias de estudios realizados por el
gran biólogo francés Luis Pasteur (1822-1895) sobre la naturaleza de la vida”.
En las ciencias naturales, la aplicación del método científico se inicia, por lo
general, con la observación de algún fenómeno de la naturaleza que se presenta como
problemático de comprender, entendiendo por fenómeno todo aquello que impresiona
nuestros sentidos. Pongamos, por ejemplo, el caso de un individuo albino, cuyos
padres poseen pigmentación normal de la piel. Vemos así, que a los ojos del
observador, la naturaleza se presenta como fenoménica.
Algunos de estos fenómenos no son conocidos y forman parte de nuestro
bagaje cultural. En cambio otros nos resultan problemáticos y requieren de nuestra
parte para una mayor atención par5a tratar de comprenderlos.
En este punto, puede ser que dicho fenómeno este resuelto, y por lo tanto
nuestro que hacer consistirá en una buena revisión bibliográfica, para enterarnos de
todo lo que le concierne a él. En esto consiste una revisión bibliográfica, es decir,
descubrir en la literatura la explicación del fenómeno que nos preocupaba y que ya
había sido estudiado y encarecido por nuestros investigadores.
Suele ocurrir que la literatura entrega información parcial o incompleta del
fenómeno en cuestión. Esto quiere decir que ha sido abordado en investigaciones
previas, pero que no ha sido satisfactoriamente resuelto. En este caso, la investigación
que queremos emprender por nuestra cuenta, contara con los valiosos antecedentes
bibliográficos indicados.
La genética denomina fenotipo a los fenómenos como el de la pigmentación:
los individuos con pigmentación tienen un fenotipo distinto al de los individuos sin
pigmentación o albinos. La revisión bibliográfica de este problema nos indica que
está resuelto de la siguiente manera: El albinismo se debe a un gen autonómico
recesivo, y que padres y portadores de este gen (heterocigoto), tienen una
probabilidad de 25% de tener un hijo albino (uno de cada cuatro). Por el contrario si
el problema no hubiese sido resuelto aún, podríamos intentar de resolverlos mediante
la experimentación, la que estará sugerida y orientada según la observación previa.
Aquí es importante considerar que la experimentación estará destinada a probar una
experimentación provisional que formularemos de acuerdo con los que nos sugiere
los datos de la literatura y nuestras propias observaciones. Esta explicación
provisional se llama hipótesis
La planificación de un experimento genético o de cualquier tipo, debe
considerar la factibilidad de realizarlo y obtener resultados útiles para ser analizados.
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En el caso de albinismo, una manera sencilla de realizar un experimento es un
cruzamiento biológico entre dos individuos adultos. Sin embargo, debemos
considerar que tal cruzamiento no es posible efectuarlo en seres humanos por razones
biológicas y no biológicas. Cuando más, podríamos abordar la resolución del
problema mediante la confección de genealogías, lo cual desde ya nos está indicando
uno de los métodos de la genética humana.
En todo caso, siempre es útil la experimentación con otras especies, pues los
mecanismos de transmisión hereditaria suelen ser similares a los de la especie humana
y, por lo tanto, los resultados ser extrapolados al hombre.
Los cruzamientos experimentales genéticos requieren estandarizar, hasta
donde sea posible, dos aspectos: A) El material hereditario y B) El ambiente.
La estandarización del ambiente se consigue controlando variables como:
alimentación, temperatura, humedad, etc.
Los resultados de un experimento deben ser sometidos al más riguroso
análisis. De ello dependerá que aceptemos o rechacemos la hipótesis. Aquí es
necesario hacer notar que si los análisis son bien realizados, vale tanto aceptar la
hipótesis como rechazarla.
En la actualidad, la gran mayoría de los datos experimentales se procura
someterlos a un análisis matemático. Regular un test estadístico nos indica la
probabilidad que la hipótesis sea aceptada o rechazada. Análisis de relaciones y
comparaciones proporcionan también elementos de juicio útiles para el investigador.
Si la investigación ha sido correctamente realizada, merecerá ser publicada
en alguna revista especializada, siempre y cuando represente un aporte nuevo que
contribuya a acrecentar el conocimiento científico.
Reproducimos a continuación lo que escribió en una oportunidad E. J. DuPraw,
acerca del método científico:
“Los científicos se hallan en la situación de una tribu primitiva que pretendiese
reproducir el Empire State Building, habitación por habitación, sin haber visto nunca
el edificio original y ni siquiera una fotografía. Por fuerza, sus planes de trabajo solo
serían una tosca aproximación a la realidad, concedida sobre la base de diversos
informes de viajeros, a menudos contradictorios en cuanto a los detalles. A los efectos
de empezar el edificio, cierta información debe descartarse por errónea o imposible,
y las primeras construcciones son pocos más que grandes parvas de pasto. La
creciente sofisticación combinada con una acumulación metódica de datos, obliga a
demoler las réplicas primitivas (cada una luego de violentos altercados), para
sustituirlas sucesivamente por versiones más actualizadas. Con toda facilidad
podríamos dudar de que la versión que se tiene después de solo trescientos años de
esfuerzos sea una restauración muy adecuada del Empire State Building, pero a falta
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de conocimientos claros, en contrario, la tribu debe aceptarla como tal (y no tener en
cuenta algunas versiones de viajeros que no concuerdan)”.
Por su parte, Abraham Pais, de la universidad de Rockefeller, EEUU, dice en
relación a la forma de accionar de los hombres de ciencia:
“en ciencia se parte del a presunción –sólo una presunción- de que existen leyes
fundamentales que es posible descubrir. Se concibe una idea, que presume que se la
puede confirmar y se intenta confirmarla. Según se presenten las cosas, se da un paso
adelante o se hace un papelón. A la naturaleza no le importa que uno este acertado o
equivocado. La naturaleza es tal como es y para adquirir una pisca de conocimiento
hay que ser muy listo”.
Cuestionario
1.- ¿Qué es ciencia?
2.- ¿Ciencia pura y ciencia aplicada es lo mismo?
3.- ¿Qué es el método científico?
4.- Distinga ordenadamente las distintas etapas de una investigación científica.
Apóyese en el ejemplo dado en la guía.
5.- ¿Según Dobzhansky cuáles son los propósitos de la ciencia?
6.- Una hipótesis se acepta o se rechaza mediante hechos. Explique que es un hecho
científico.
7.- Comente el método científico según A. Pais.
Actividad
Utiliza un paper, el que tú quieras, e identifica todas las partes de método
científico en él.
Bibliografía
G. Burniston Brown. La ciencia, su método y su filosofía. Edit. Destino, Barcelona.
1954.- Francis Bacon. Novum Organum. Edit. Losada S.A., Buenos Aires. 1949.
Curtis, Helena. Biología. Edit. Méd. Panamericana, 4° Edición, Buenos Aires. 1985.
Theodosius Dobzhansky. La Evolución, La Genética y el Hombre. Edit.
Eudeba.1966.
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ACTIVIDAD PRÁCTICA: METODO CIENTIFICO
INSTRUCCIONES (A)
Observa el objeto entregado por tu profesor y anota la mayor cantidad de
características que puedas recopilar.
Analiza tu lista de características y organízala según las indicaciones que te
entregaran.
¿Las características de que sentido predominaron en tu observación?
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¿Estás observando utilizando tus 5 sentidos? ¿Por qué?
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INSTRUCCIONES (B)
Reúnanse en grupos de trabajo
Cada grupo deberá ser identificado con una letra
Reciba la caja sorpresa con el elemento incognito en su interior
Cada integrante sin tratar de mirar al interior de la caja sorpresa, debe
introducir su mano y captar a través de sus sentidos, la mayor cantidad de
características del elemento incognito que permitan al grupo adversario
adivinar a que corresponde dicho elemento.
Anota dichas características y dalas a conocer a tu grupo curso.
Luego de realizado el juego responda las siguientes preguntas.
De la lista de características que anotaste este vez…
¿Las características de qué sentido predominaron en tu observación?
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¿Lograste observar y describir buenas características, pero esta vez sin utilizar la visión? ¿Por
qué?
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MICROSCOPIA
OBJETIVO
Conocer la propiedad que tienen las lentes biconvexas (2 lentes convexas-forman
imágenes virtuales menores que el objeto y del mismo sentido que éste), de aumentar
la imagen.
INTRODUCCIÓN
Un microscopio es un instrumento óptico que permite a un científico observar una
imagen muy pequeña (invisible al ojo humano) para determinar su morfología y
características.
Existen diferentes clases de microscopio, las cuales serán descritas a continuación:
Microscopio Óptico
La microscopía óptica se basa en el uso de combinaciones de lentes y espejos para lograr
aumentar una imagen pequeña hasta mil veces. El primer microscopio óptico se cree que fue
construido por Galileo Galilei, seguido por el sistemas de lupas de Hooke, los cuales
eran microscopios con aumentos de hasta cien veces. Anton Van Leeuwenhoek en 1670
logró aumentar hasta casi trescientas veces muestras biológicas obtenidas por él mismo
(semen, excretas, eritrocitos). Todos estos microscopios ópticos pueden considerarse
monoobjetivos, es decir, poseían solo un lente que permitía observar bajo una cierta magnitud
de aumento, sin poder variar.
Las partes fundamentales del microscopio óptico actual son:
Lentes oculares: Poseen
un aumento de 10x. Es por
donde uno mira.
Tubo: Conecta los lentes
oculares con los objetivos.
Pie: Es una estructura sólida
de metal que sirve de
esqueleto al microscopio.
Revolver: Es una estructura
circular que tiene
atornillados los lentes
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Objetivo: Permite cambiar entre uno y otro cuando se observa la muestra.
Lentes Objetivo: Existen de diferentes magnitudes, siendo típicamente 4x, 10x,
40x y 100x (este último no se utiliza con frecuencia). Permiten amplificar la
muestra.
Platina: Es un piso con pinzas en donde se monta la preparación a observar.
Tornillo macro-micrométrico: Permite el enfoque brusco (macro) y fino (micro) de la
muestra. Acerca la platina al lente objetivo.
Tornillo de desplazamiento: Permite mover la muestra horizontal y verticalmente.
Condensador: Tiene forma cónica y tiene un diafragma regulador. Permite condensar la luz
proveniente de la fuente de luz a un punto más pequeño, para que pueda refractar en los lentes
objetivos.
Fuente de luz: Otorga la luz necesaria para la observación.
Otras microscopías
El espectro máximo promedio del microscopio óptico es de mil veces la muestra, lo cual
es muy útil para observar tejidos y células junto a sus componentes más grandes (como el
núcleo o la pared celular). Sin embargo, las desventajas que éste otorga son:
Observación en dos dimensiones (largo y alto)
No se aprecian estructuras finas
No se aprecian organelos
Requiere que las muestras estén teñidas con colorantes especiales.
Debido a lo anterior se concibieron diferentes tipos de microscopía, de acuerdo con los
requerimientos de la ciencia.
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3Microscopia electrónica de transmisión (MET)
Se trata de un microscopio que dispara un flujo de electrones sobre la muestra.
Luego estos son capturados en una placa que se encuentra posterior a la muestra.
El concepto de “electrodensidad” cobra importancia al momento de ver la
imagen: Una zona electrodensa es una zona que retuvo mayor cantidad de
electrones, por lo que en la imagen se verá más oscura (por ejemplo, proteínas
de adhesión celular).
Al contrario, algo poco electrodenso es algo que retiene poco a los electrones (por
ejemplo, el citoplasma) que en la imagen se ve muy claro.
Así, la microscopía electrónica de transmisión otorga una resolución de hasta 1.000.000x
FIG. Microvellosidades intestinales (MET) 30.000x
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Microscopia electrónica de barrido (MEB)
Otro tipo de microscopía electrónica es la microscopía electrónica de barrido. La
diferencia con la MET es que las imágenes obtenidas con este tipo de microscopía son en
tres dimensiones, por lo que es posible obtener detalles de superficies solamente externas,
como las microvellosidades intestinales. El flujo de electrones es oblicuo, y gracias a eso es
posible obtener un “barrido” de superficie.
FIG. Microvellosidades intestinales (MEB).15.000x
La resolución máxima del MEB es menor que la del MET, pero oscila
entre varios miles hasta décimas de miles de veces la muestra.
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Otros microscopios
Microscopio de inmunofluorescencia: Utilizado para la detección de
moléculas específicas, p ej. Un canal iónico, adicionando anticuerpos
fluorescentes.
Fig. Células eucariontes bajo
microscopia de
inmunofluorescencia
Microscopio de fuerza atómica: Es un microscopio que detecta fuerzas
moleculares. Tiene el máximo espectro conocido (piconewtons) y se utiliza
con frecuencia en nanotecnología.
Fig. Eritrocitos bajo microscopia de
fuerza electrónica
Microscopio de campo oscuro: Es un pariente cercano del microscopio
óptico, pero la fuente de luz se encuentra sobre la muestra, haciendo que
destaquen sus propiedades dimensionales contra un fondo oscuro.
Fig. Bacterias bajo microscopia de
campo oscuro
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ACTIVIDAD PRÁCTICA: MICROSCOPIA
GENERALIDADES
El microscopio es un instrumento delicado, que debe manejarse cuidadosamente a fin de
que no sufra daños y pueda dar mayor rendimiento, por consiguiente se dará la técnica
apropiada para su enfoque.
MATERIALES Y REACTIVOS
Material y Equipo Material por estudiante
• 1 Portaobjetos
• 1 Cubreobjetos
• 1 Microscopio óptico
• 1 gotero
• 1 Estereoscopio
• Agua estancada
• Flor
• Insecto
INSTRUCCIONES PARA UTILIZAR EL MICROSCOPIO ÓPTICO.
1. Conectar el microscopio.
2. Mover el tornillo macrométrico para que baje la platina hasta el tope.
3. Mover el revólver y seleccionar el seco débil.
4. Colocar sobre la platina la preparación y sujetar con las pinzas.
5. Encender y regular la intensidad de la luz.
6. Subir lentamente la platina con el tornillo macrométrico hasta que aparezca la imagen.
7. Ajustar la claridad de la imagen, con el tornillo micrométrico.
8. Para observar con más aumento únicamente mover el revólver y el tornillo micrométrico.
9. Para usar el objetivo de inmersión, coloque una gotita de aceite de inmersión.
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OBSERVACIÓN DE PROTOZOARIOS.
1. En un portaobjetos limpio y seco coloca
una gota de agua estancada, cubre con el
cubreobjetos y observa al microscopio,
retira el exceso de agua con el papel
filtro.
2. Registra tus hipótesis
3. Observa primero con el objetivo seco
débil (10X) y por último con el seco fuerte
(40X).
4. Dibuja lo observado.
OBSERVACIONES
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Cuestionario
1.- ¿Por qué el cambio de un objetivo a otro provoca una modificación en la imagen
observada?
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2.- ¿Cómo y porque varia la luminosidad del cambio al cambiar el objetivo?
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3.- ¿Cómo se determina la cantidad de aumentos que observas en el microscopio?
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CAPITULO III: ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE LOS SERES VIVOS
CELULAS PROCARIOTAS
4Las células procariotas son células pequeñas, carentes de núcleo y organelos,
conformantes del reino Bacteria. Se cree que este tipo de células fueron las primeras en
aparecer en la historia de la vida, puesto que su simplicidad e increíble diversidad de
adaptación a las diferentes condiciones ambientales las transforman en buenos candidatos
para ello.
¿Carentes de núcleo? Pues sí, el material genético de las células procariotas se encuentra en
un solo cromosoma circular inmerso en el citoplasma, en una región llamada nucleoide. Es
mucho más corto que el genoma de una célula eucariota y tiene una gran capacidad para
mutar (alterar la secuencia de genes del material genético, cambiando las cualidades de quien
lo posea).
¿Carentes de organelos? Pese a que los organelos celulares serán analizados más adelante,
podemos definirlos como compartimentos membranosos intracelulares que tienen funciones
específicas asignadas. Las células procariotas no tienen dicho sistema de compartimentos,
pero poseen algunas de sus características insertadas en su membrana plasmática.
FIG: Estructura célula procarionte
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OTRAS ESTRUCTURAS ÚNICAS DE LAS CÉLULAS PROCARIOTAS SON:
Mesosomas: Consisten en pliegues de la membrana plasmática hacia el citoplasma, que
participan en la replicación del material genético procariota durante la replicación celular.
Pared celular: En algunos procariontes está muy desarrollada y en otras no. Consiste en una
pared compuesta de peptidoglicano.
Ribosomas 70S: Son complejos supramoleculares de RNA ribosomal que participan en la
síntesis de proteínas. Son más pequeños que los eucariotas y tienen una secuencia diferente.
Pilis: Son fimbrias tubulares que pueden participar en la adhesión a superficies o
transferencia de información hacia otros procariontes.
Plásmidos: Son fragmentos de DNA codificante de alguna ventaja (en la mayoría de los
casos) que pueden ser transferidos entre procariontes.
Cápsula: Consiste en una capa (generalmente de polisacáridos) que protege a algunas
bacterias de la acción del sistema inmune, una vez dentro del huésped.
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CELULAS EUCARIONTES
5En los eucariotas, las membranas dividen al citoplasma en compartimentos, que los
biólogos denominan organelos. Muchas de las actividades bioquímicas de las células
(metabolismo celular), tienen lugar en estas estructuras. Estos espacios son importantes como
sitios donde se mantienen condiciones químicas específicas, que incluso varían de organelo
en organelo. Los procesos metabólicos que requieren condiciones diferentes, pueden tener
lugar simultáneamente en una única célula porque se desarrollan en organelos separados.
Otro beneficio de las membranas internas es que aumentan el área total membranosa de una
célula eucariótica. Una célula eucariótica típica, con un diámetro diez veces mayor que una
célula procariótica, tiene un volumen citoplasmático mil veces mayor, pero el área de la
membrana plasmática es sólo cien veces mayor que la de la célula procariótica. Además, la
célula posee otras estructuras no membranosas, que también cumplen importantes y variadas
funciones.
Si se excluyen los compartimientos rodeados por membranas del citoplasma, lo que queda
se denomina citosol. En general el citosol en las células eucarióticas ocupa el espacio mayor
y en las bacterias es lo único que se observa porque estas no poseen un sistema de
endomembranas. El citosol se comporta como un gel acuoso por la gran cantidad de
moléculas grandes y pequeñas que se encuentran en él, principalmente proteínas. Debido a
la composición del citosol, en él tienen lugar la mayoría de las reacciones químicas del
metabolismo, como la glucólisis, la gluconeogénesis, así como la biosíntesis de numerosas
moléculas. En el citosol se encuentran los ribosomas, las inclusiones y está cruzado por
filamentos proteicos que forman el citoesqueleto.
FIG. Los organelos intramembranosos están distribuidos en todo el citoplasma. (A) Existe una variedad de
compartimientos rodeados de membrana en las células eucariontes, cada uno especializado para efectuar
diferentes funciones. (B) El resto de la célula, con exclusión de los organelos, se denomina citosol (sombreada).
Esta región es el lugar en donde se lleva a cabo muchas de las actividades vitales de la célula.
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ORGANELOS
Son todas aquellas estructuras citoplasmáticas delimitadas por membranas o bicapas
fosfolipídicas. A continuación se revisara los organelos delimitados por dos membranas y
luego los delimitados por una membrana.
ORGANELOS DE DOBLE MEMBRANA
NÚCLEO
Considerado como un compartimiento o como el organelo más importante para la célula
debido a que es el lugar físico donde se encuentra el material genético o DNA, responsable
del control metabólico y de la continuidad de la vida. Su tamaño y posición son variables,
dependiendo de las necesidades de la célula, su número varía de acuerdo al tipo de células,
en general se acepta que un determinante de esto es la necesidad de control metabólico por
parte de la célula, por ejemplo, células hepáticas grandes pueden tener 2 ó 3 núcleos, lo
mismo ocurre con células musculares estriadas.
MEMBRANA NUCLEAR
Es doble, también se denomina carioteca, con ribosomas adheridos, se postula como parte
del sistema de endomembranas, posee poros (complejos del poro), lo que permite el
transporte en ambas direcciones a través de ella, por Ej.: ARNs, subunidades ribosomales,
enzima, etc.
CROMATINA
Las proteínas que se unen al ADN para formar los cromosomas eucariontes se dividen en
dos clases histonas y proteínas cromosómicas no histónicas. El complejo que forman
ambas clases de proteínas con el ADN nuclear se denomina cromatina.las histonas son
responsables del primero y más esencial, nivel de condensación de la cromatina; el
nucleosomas. Los nucleosomas contiene ADN enrollado alrededor de un núcleo proteico
de 8 moléculas de histonas. (Figura 2.)Los cromosomas en interfase contiene tanto formas
de cromatina condensada (heterocromatina) y como de cromatina más extendida
(eucromatina).
CARIOLINFA
Es la matriz nuclear o nucleoplasma. Es la parte líquida del núcleo que puede tener en
estado soluble minerales, nucleótidos u otro componente necesario para la conformación
de la cromatina.
NUCLEOLO
Subestructura que no posee membrana, es la porción del DNA, de los cromosomas que
contienen genes para que se realice la transcripción de RNA ribosomal (rRNA), estas
zonas especiales del DNA se llaman zonas organizadoras nucleolares (más conocidas
como zonas o regiones NOR aquí se arman las sub- unidades ribosomales.
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MITOCONDRIAS
Las mitocondrias llevan a cabo la respiración celular, en la cual la energía química
de los alimentos es convertida en energía química de una molécula denominada ATP; fuente
principal de energía para el trabajo celular. La estructura de la mitocondria se ajusta a su
función. La membrana interna rodea el segundo compartimento, al cual se le llama matriz
mitocondrial. Muchas de las reacciones químicas de la respiración celular se llevan a cabo
en la matriz. La membrana interna está muy plegada (crestas) aumentando el área para
favorecer la capacidad de la mitocondria para producir ATP.
La mitocondria contiene DNA, enzimas y ribosomas lo que le confiere autonomía por ello
se la considera un organelo semiautónomo. La teoría de la endosimbiosis (Margulis, 1970),
propone un origen procariota para este organelo, por su semejanza con las bacterias.
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CLOROPLASTO
Todas las partes verdes de una planta poseen cloroplastos. El color verde proviene de
los pigmentos de clorofila contenidos en los cloroplastos. La clorofila absorbe la energía
solar que le permite al cloroplasto fabricar las moléculas de alimento, y liberar O2 al medio
ambiente, proceso conocido como Fotosíntesis. Al igual que la mitocondria los cloroplastos
contienen DNA, enzimas y ribosomas lo que les confiere autonomía por ello, también se la
consideran organelos semiautónomos. La teoría de la endosimbiosis, propone un origen
procariota para este organelo, por su semejanza con las bacterias.
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ORGANELOS DE MEMBRANA SIMPLE
RETICULOS ENDOPLASMATICOS
Son organelos formados por membrana simple de igual naturaleza que la membrana celular.
Existen dos variedades:
Retículo endoplasmático liso (REL), la mayor parte de su actividad es llevada a
cabo por enzimas que se encuentran en sus membranas que son capaces de: sintetizar
lípidos, fosfolípidos y esteroides, también participa en eliminación de toxinas. En las
células musculares este organelo recibe el nombre de retículo sarcoplásmico el cual
almacena ión calcio.
Retículo endoplasmático rugoso (RER), el término rugoso se refiere a la apariencia
de este organelo en las microfotografías electrónicas, como resultado de la presencia
de ribosomas en su superficie externa.
Este retículo participa en tres funciones principales:
Fabricación de membranas
Síntesis de proteínas
Glicosilación parcial de proteínas y lípidos.
COMPLEJO DE GOLGI
Organelo empaquetador y exportador. Las funciones en la que este organelo participa son:
glicosilación de proteínas y de lípidos;
empaquetamiento de ambos tipos de moléculas;
formación de lisosomas y vacuolas de secreción;
formación de la pared celular primaria en células vegetales (fragmoplasto)
El sistema de endomembranas formado por la carioteca externa, el REL, el RER y el aparato
de Golgi, permiten que el citoplasma sea recorrido por una especie de canales o “carreteras”
que facilitan el traslado de diversas sustancias. En el caso de una sustancia de exportación
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LISOSOMA
Son los lugares para la degradación de los alimentos y sustancias extrañas captadas
por la célula, las cuales ingresan por un proceso denominado fagocitosis, formándose un
fagosoma el cual se fusiona con un lisosoma para formar una vacuola digestiva, en el que
ocurre la digestión intracelular. Los productos de la digestión salen a través de la membrana
del lisosoma y proporciona moléculas de combustible y materias primas para otros procesos
celulares. Una vez finalizado este proceso, esta vacuola digestiva que aún contiene partículas
no digeridas (residuos) se mueve hacia la membrana plasmática, se fusiona con ella y libera
sus contenidos no digeridos al exterior de la célula por exocitosis.
Los lisosomas también tienen por función eliminar organelos viejos y en general digerir sus
propias macromoléculas, proceso denominado autofagia. En este proceso se forma la
vacuola autofágica en la cual se digieren las macromoléculas, a moléculas simples que salen
del lisosoma a través de su membrana para ser reutilizados en el citoplasma.
PEROXIXOMA
Contiene enzimas oxidativas que degradan ácidos grasos (β oxidación), generando
peróxido de hidrógeno (H2O2), tóxico para las células. Otra de sus enzimas escinden al
peróxido en agua y oxígeno, así no daña la célula. Abundan en las células del hígado donde
eliminan sustancias tóxicas como el etanol.
Las enzimas de los peroxisomas se sintetizan en ribosomas libres, los fosfolípidos también
se importan a los peroxisomas desde el retículo endoplasmáticos liso. La incorporación de
proteínas y fosfolípidos permite el crecimiento de los peroxisomas y la formación de nuevos
peroxisomas mediante la división de los más viejos (autorreplicación).
VACUOLAS
Se las puede considerar como cavidades rodeadas por membranas (tonoplasto) que
pueden contener distintassustancias y por lo tanto prestar diferentes funciones a la célula.
Estos organelos son de variados tamaños, por ejemplo, en la célula vegetal ocupan el 90% o
más del volumen celular. Esta gran vacuola resulta de la fusión de membranas provenientes
de los retículos o del complejo de Golgi y puede contener sales minerales, almidón, proteínas
y pigmentos, todo este conjunto de sustancias le confiere a esta vacuola un carácter
hipertónico, es decir con una alta capacidad para atraer agua, lo que en la célula vegetal
genera la presión de turgencia.
En células animales, las vacuolas no se requieren para generar turgencia, pues son isotónicas,
son de pequeño tamaño y tienen variadas funciones como por ejemplo: los protozoos de agua
dulce como los paramecios que viven en un ambiente hipotónico poseen vacuolas pulsátiles
que tiene por misión expulsar el exceso de agua, en otras células conforman vacuolas de tipo
fagocitarias, de excreción o residuales, entre otras.
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El Acrosoma corresponde a una estructura membranosa
que se ubica en la cabeza del espermatozoide. Se forma a
partir del aparto de Golgi y contiene un cierto numero de
enzimas similares a las que se encuentran en los
lisosomas. Estas enzimas desempeñan funciones
importantes al permitir al espermatozoide ingresar al
ovocito II y fecundarlo.
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ESTRUCTURAS NO MEMBRANOSAS
RIBOSOMAS
Son estructuras del tipo nucleoproteínas, es decir contienen ácido ribonucleico (RNA) en un
70% y el restante 30% corresponde a variadas proteínas de pequeño tamaño. Se observan en
todo tipo de células, en los procariotas están libres en el citoplasma y en los eucariotas están
libres en el citosol y también adosados a membranas como en la carioteca y en el RER,
también se encuentran en el interior de mitocondrias y cloroplastos. El rol fundamental que
cumplen es la de síntesis de proteínas.
CITOESQUELETO
El citoesqueleto es la base arquitectónica y dinámica de todas las células eucarióticas y por
lo tanto, su organización tiene directa influencia en la estructura de los tejidos.
Molecularmente, es una compleja asociación entre polímeros proteicos como los
microfilamentos, microtúbulos, y los filamentos intermedios con un conjunto variable de
otras proteínas asociadas.
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MEMBRANA PLASMATICA
Ya hemos introducido las características principales de las células eucariotas y
procariotas (componentes y organización). Sin embargo ahora hacemos un análisis sobre la
membrana plasmática, algo que no se habló en la guía anterior.
A través de esta guía se describirá la dinámica, estructura y función de la membrana
plasmática, y se resaltará la gran importancia que esta tiene en la vida celular.
MEMBRANA PLASMÁTICA Y SU COMPOSICIÓN
Ya se dijo que la membrana plasmática es una membrana que se encuentra limitando la
superficie de una célula, y que “filtra” los elementos que entran o salen de ella. Pues bien,
ahora definiremos la membrana plasmática como una bicapa de lípidos (específicamente
fosfolípidos, esfingolípidos y colesterol) que, además de limitar el área de una célula,
controla las sustancias que entran y salen de ella.
Para poder llevar esto a cabo, se necesita una organización clave, que permita alejar a ciertas
moléculas y a otras permitirles el paso. Esto es logrado por los siguientes elementos:
1. Los fosfolípidos
2. Los esfingolípidos
3. El colesterol (o sus análogos)
4. Proteínas de membrana
Los primeros tres elementos fueron descritos en la guía número dos, por lo que se recomienda
realizar un repaso.
Las proteínas de membrana son proteínas que tienen funciones clave en la dinámica de la
membrana plasmática, entre las que se encuentran ser transportadores selectivos de
moléculas (canales, bombas, etc), ser enzimas de membrana (como las del intestino delgado),
ser receptores de hormonas y otras moléculas, ser transductores de señales (transforman una
señal del medio externo hacia el medio interno de la célula) y otras que serán citadas más
adelante.
De las proteínas que se encuentran en la membrana plasmática existen dos grupos:
Proteínas integrales: Son proteínas que sus cadenas peptídicas cruzan una o más
veces la bícapa de lípidos. Pueden formar canales o bombas en la membrana, así
como algunas enzimas.
Proteínas periféricas: Son proteínas que se encuentran adosadas a la membrana
plasmática solo en un lado de la bicapa lipídica.
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ORGANIZACIÓN DE LA MEMBRANA PLASMATICA
Para poder llevar a cabo una prolija función, la membrana plasmática tiene una organización
especial:
Los fosfolípidos se organizan en una bicapa, dado que sus colas hidrofóbicas
tienden a huir del agua. De esa manera, la bicapa en su interior está compuesta por
ácidos grasos y por sus caras externas se encuentran los grupos fosfato y glicerol, que
tienen afinidad por el agua.
Entre los ácidos grasos de los fosfolípidos existen moléculas de colesterol (o sus
análogos). Este colesterol es fundamental para la fluidez de la membrana, dado que
su presencia reduce la magnitud de las fuerzas de Van der Waals (fuerzas que
atraen o repelen los ácidos grasos, responsable de la unión de ambas capas lipídicas
de la membrana). De esa manera la membrana adquiere una consistencia de “gel”.
Las proteínas integrales tienen una zona de aminoácidos hidrofóbicos, que se
ubica en la zona hidrofóbica de los fosfolípidos. Debido a esa característica estas
proteínas pueden atravesar la membrana y tener un dominio intracelular y otro
extracelular.
Por la cara externa de la membrana plasmática es muy frecuente encontrar
carbohidratos (oligosacáridos) o ácidos grasos unidos a proteínas de membrana. Su
función es actuar como identificadores o marcadores propios de una entidad
celular. Algunas células poseen una estructura llamada glicocálix, que es una capa
de oligosacáridos bastante definida, unidos a proteínas de membrana, que tiene un rol
de identificación celular.
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EL MOSAICO FLUIDO
Antiguamente se creía que todos estos componentes de la membrana plasmática se
encontraban rígidos e invariables. Hoy en día se sabe que la membrana plasmática, además
de ser altamente dinámica en procesos fisiológicos, también lo es en cuanto a su morfología
molecular.
Ninguna proteína integral estará en el mismo sitio todo el tiempo, sino que puede moverse
dentro de una región específica (por ejemplo el polo apical de una célula intestinal).
Asimismo, los fosfolípidos pueden moverse y “voltearse” (proceso llamado flip-flop, llevado
a cabo por unas enzimas llamadas flipasas).
En base a lo anterior, en 1972 Singer y Nicolson postularon la teoría del mosaico fluido:
“La membrana plasmática es una estructura asimétrica, variable a cada segundo, en la
cual las proteínas están incrustadas como mosaicos en una pared, pero a diferencia de
estos últimos, las proteínas parecieran moverse con mucha fluidez debido al movimiento de
los lípidos, causado por la naturaleza anfipática de los mismos”.
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TRANSPORTES DE MEMBRANA
Una de las más importantes funciones de la membrana plasmática es el poder
controlar qué sustancia puede entrar o salir de la célula. El análisis de este fenómeno se
denomina “transportes a través de la membrana plasmática” y abarca los transportes que
necesitan de energía para ocurrir (como un salmón que nada a contracorriente), los que no la
necesitan (como una hoja que flota en sentido de la corriente de un río) y el transporte de
agua.
Resumen de los transportes a través de la membrana plasmática:
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TRANSPORTE PASIVO
El transporte pasivo se caracteriza porque no requiere gastar energía (ATP) para lograr cruzar
la membrana plasmática. La regla que domina este tipo de transporte es el gradiente de
concentración. Dentro del transporte pasivo podemos nombrar dos grupos:
Difusión simple: La sustancia transportada puede cruzar la membrana plasmática sin
problemas.
Difusión facilitada: La sustancia transportada necesita una proteína (un canal o similar)
que la ayude a cruzar la membrana.
El gradiente de concentración puede ser definido como una diferencia entre las
concentraciones de dos compartimentos adyacentes, separados por una membrana
semipermeable. Según esa definición se distinguen tres conceptos que serán útiles más
adelante:
Hipotónico: Medio con una concentración menor a la comparada.
Isotónico: Medio con la misma concentración que la comparada.
Hipertónico: Medio con una concentración mayor a la comparada
Ejemplo: Para el Na+, el medio intracelular es hipotónico con respecto al
extracelular
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DIFUSIÓN SIMPLE
La difusión simple es un transporte en el cual la sustancia transportada cruza sin
problemas la membrana plasmática a través de pequeñas “aperturas” entre los fosfolípidos
llamados microporos. Para que una sustancia pueda realizar este transporte, debe cumplir
ciertos requisitos:
Ser apolar
Ser muy pequeña
El agua es una notable excepción, dado que es una molécula polar pero cruza sin problemas
la membrana plasmática en un transporte denominado osmosis.
Los alcoholes pequeños y los gases como el O2 y el CO2 pueden llevar a cabo este transporte.
Existen más sustancias que pueden hacerlo, que no son importantes para la preparación de la
PSU.
DIFUSIÓN FACILITADA
Los iones, los aminoácidos y los monosacáridos, entre muchas otras moléculas, no pueden
cruzar la membrana plasmática, debido a que son polares o son de un tamaño muy grande.
Para que la célula pueda obtener o eliminar estas sustancias es necesaria la presencia de
proteínas transportadoras, conocidas como carriers y canales ionicos.
Los canales iónicos son proteínas integrales en forma de túnel, selectivos para uno, dos o tres
iones. Estas proteínas pueden ser sensibles a cambios en el voltaje (canales activados por
voltaje) o a la presencia de otras moléculas.
La apertura de un canal iónico puede ser constante (canales de fuga) o solo en momentos
clave (como en el impulso nervioso). Al abrirse un canal, los iones fluyen bajo dos principios:
el gradiente de concentración y el gradiente electroquímico. Este último juega un papel
central, debido a que los iones son partículas eléctricas. En consecuencia, cuando un canal
iónico se abre, la diferencia de potencial entre ambos compartimentos se ve alterada, porque
al moverse un grupo de cargas positivas o negativas, la magnitud de cargas entre ambos se
ve modificada.
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Los carriers son proteínas transportadoras muy similares a los canales, con la diferencia que
pueden transportar más de una molécula. El transporte por estos medios se conoce como
cotransporte, debido a que para efectuarse tiene que estar ocurriendo otro tipo de transporte
que mantenga un gradiente de concentración.
Los tipos de cotransporte que se dan comúnmente son:
Uniporte: Un soluto se mueve en dirección de su gradiente de concentración.
Simporte: Dos solutos se mueven en dirección de su gradiente de concentración.
Antiporte: Un soluto entra a la célula y otro sale de ella, utilizando el mismo carrier.
Este tipo de cotransporte se conoce también bajo el nombre de transporte activo
secundario.
OSMOSIS
La osmosis se define como el movimiento de agua a través de una membrana
semipermeable. Cabe destacar que el agua puede moverse tanto por difusión simple
(osmosis) como por difusión facilitada (por canales de agua llamados acuaporinas).
Es de suma importancia comprender que el agua tiende a moverse hacia el medio que tiene
una mayor concentración de solutos.
Para la PSU, es clave dominar los fenómenos que viven las células en base al movimiento de
moléculas de agua. Los dos puntos que serán descritos son válidos para células vegetales y
para células animales (la experiencia fue realizada con eritrocitos en un principio):
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TRANSPORTE ACTIVO
El transporte activo se caracteriza porque requiere gastar energía (ATP) para lograr cruzar la
membrana plasmática en contra del gradiente de concentración. Generalmente, las células
que tienen una alta demanda de transporte activo tienen numerosas mitocondrias.
Sus dos componentes son las bombas iónicas y el transporte vesicular:
Bombas iónicas
Las bombas iónicas son grandes proteínas integrales que poseen un dominio ATPasa (lugar
donde es posible hidrolizar el ATP y utilizar su energía). Bombean iones en contra de su
gradiente de concentración, con la función de mantener un potencial electroquímico y un
gradiente de concentración que permita efectuar el transporte pasivo y el transporte activo
segundario (ligado al gradiente generado por bombas).
La bomba más importante de conocer para la PSU (que será profundizada en el guías del
Sistema Nervioso, del módulo electivo) es la bomba 3Na+/2K+ ATPasa (Bomba sodio-
potasio). Esta bomba es capaz de bombear, con gasto de ATP, 3 iones Na+ al medio
extracelular (donde está más concentrado) y 2 iones K+ al interior de la célula (donde está
más concentrado). De esa manera se mantiene el potencial eléctrico de membrana y los
gradientes de concentración, especialmente del Na+, para el transporte activo secundario o
cotransporte.
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TRANSPORTES VESICULARES
Los transportes vesiculares son transportes con gasto de ATP diseñados para el transporte de
grandes complejos, moléculas o gotas hacia el interior o exterior de la célula. En base a ello
podemos describir:
Endocitosis: Incorporación de complejos o grandes moléculas al interior de la célula
en forma de vesículas llamadas endosomas. Dependiendo del contenido de las
vesículas se distingue la pinocitosis (contenido líquido) y la fagocitosis (contenido
solido, como bacterias).
Exocitosis: Expulsión de vesículas desde el interior de la célula, con desechos o
productos de secreción (como neurotransmisores, enzimas, etc).
OTRAS FUNCIONES DE LA MEMBRANA PLASMATICA
La membrana plasmática constituye una membrana semipermeable muy importante en la
regulación de contenidos y concentraciones de solutos dentro y fuera de la célula. La
generación de una diferencia de potencial eléctrico, debido a la diferencia de cargas eléctricas
proporcionada por la acumulación de diferentes cationes y aniones, es un importante ejemplo
de otra función de la membrana plasmática. Esta diferencia se estudiará en detalle en las
guías de Sistema Nervioso.
Otra función relacionada con los fosfolípidos es la transducción de señales. Hay tipos de
fosfolípidos especializados en ser retirados de la membrana y transformados en moléculas
que pueden desencadenar diferentes efectos en la célula.
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MOLECULAS ORGANICAS
CARBOHIDRATOS
Son compuestos orgánicos formados por C, H, O. También son llamados glúcidos, azúcares
o hidratos de carbono. Estos dos últimos nombres no son del todo apropiados, pues no todos
son dulces, ni se trata de moléculas cuyos carbonos estén hidratados. Químicamente hablando
son aldehídos (R-CHO) o cetonas hidroxiladas (R-CO-R). Se clasifican según su complejidad
en: monosacáridos, disacáridos y polisacáridos.
Monosacáridos
Como se mencionó, los constituyentes monoméricos de los carbohidratos corresponden a los
monosacáridos. Estos son moléculas compuestas por Carbono, Hidrogeno y Oxigeno en la
proporción Cn(H2O)n. Existen dos grandes familias: una conjugadas a un grupo aldehído y otra a
un grupo cetona. Dentro de esta división, son clasificados según el número de átomos de carbono
que contengan.
Para la PSU las que ganan importancia corresponden a:
Triosas: Son poco conocidas. Los únicos componentes de esta familia corresponden
al gliceraldehido y la dihidroxicetona. Generalmente se encuentran en forma de
metabolitos o intermediarios.
Pentosas: Sus exponentes comúnmente citados son la ribosa y la 2-desoxirribosa,
ambas aldopentosas. Forman parte de los nucleótidos del RNA, DNA y energéticos
(como el ATP).
Hexosas: Son las más conocidas. En ellas podemos citar a la galactosa, la fructosa
y a la glucosa.
La glucosa existe en dos estados conformacionales: α-glucosa y β-glucosa.
La α -glucosa es el combustible energético de casi todos los seres vivos. Se encuentra en
forma polimérica en el almidón y el glucógeno. Forma parte de la sacarosa y de la lactosa.
La β -glucosa es constituyente de algunos disacáridos y del polímero estructural celulosa,
presente en células eucariontes vegetales. También es combustible energético de isópteros
(termitas), gracias a que poseen un protozoo simbionte en su intestino (Trichonympha sp.)
capaz de producir celulasa, enzima que puede digerir la celulosa. En general los demás
seres vivos no poseen dicha enzima, por lo que no pueden utilizar la celulosa como fuente
de energía.
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Disacáridos
Los disacáridos son el producto de la unión entre dos monosacáridos, sean iguales o
diferentes, a través de un enlace O-glucosídico. La formación de los disacáridos tiene lugar
a través de condensación, formando H2O
De igual manera que la síntesis de disacáridos, su lisis es llevada a cabo por hidrólisis
(añadir agua), proceso realizado por enzimas específicas para dicho disacárido.
Los disacáridos de interés para la PSU son:
Lactosa: Disacárido formado por galactosa y glucosa. Presente en la leche.
Sacarosa: Disacárido formado por glucosa y fructosa. Corresponde al azúcar de
mesa.
Maltosa: Disacárido formado por glucosa y glucosa. Es el producto de la actividad
de la a-amilasa salival, intestinal y pancreática sobre el almidón.
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Polisacáridos
Los polisacáridos son polímeros de monosacáridos, sean estos homogéneos (iguales) o
heterogéneos (mezclas). Son la forma más común de encontrar glúcidos en la naturaleza
(madera, algodón, cereales, tubérculos, etc), y generalmente actúan como reservas de energía
o como soporte estructural.
Almidón: Polisacárido de α-glucosa. Está formado por cadenas lineales de α-glucosa
llamadas amilosas y por cadenas ramificadas de α-glucosa llamadas amilopectinas.
Su biosíntesis es llevada a cabo por los organismos productores (plantas), actuando
como reserva de α-glucosa.
Glucógeno: Polisacárido ramificado de α-glucosa. Está formado por cadenas lineales
de α -glucosa enlazadas unas con otras. Es más compacto que el almidón y es la
principal forma de reserva de α-glucosa en las células eucariontes animales. Su
depósito principal en los animales es el hígado, y luego el musculo estriado.
Celulosa: Polisacárido estructural formado por cadenas entrecruzadas lineales de β-
glucosa. Presente en las células eucariontes vegetales y la pared celular de algunos
hongos.
Peptidoglicáno: Polisacárido estructural propio de bacterias formado por unidades
repetidas de un disacárido especial, entrelazadas por cadenas cortas de aminoácidos.
Quitina: Polisacárido estructural presente en el exoesqueleto de muchos artrópodos.
Está formada por unidades repetidas de N-acetilglicosamina.
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Biología
LIPIDOS
Constituyen una familia bastante heterogénea de compuestos orgánicos, formados
principalmente por C, H y O unidos por enlaces covalentes apolares, que casi lo único que
tienen en común es su gran insolubilidad en agua (hidrofóbicas). Esta propiedad permite que
los lípidos sean extraídos desde los tejidos y órganos mediante solventes orgánicos apolares
como el éter, benceno, cloroformo o acetona. Además, no forman polímeros y presentan en
su estructura una menor proporción de oxígeno que los carbohidratos.
Los ácidos grasos son moléculas que, en general, no se encuentran libres en la célula
debiendo ser obtenidos por hidrólisis desde los lípidos en donde están almacenados.
Presentan un grupo carboxilo polar e hidrofílico (-COOH) unido a una cadena
hidrocarbonada apolar e hidrofóbica (que puede ser saturada o insaturada). Es esta doble
naturaleza la que permite considerarlos moléculas anfipáticas. Es por ello que, al aumentar
el tamaño de la cadena apolar hidrofóbica disminuye notablemente su solubilidad en agua,
haciendo a los ácidos grasos naturales muy poco solubles en agua.
Existen dos tipos de ácidos grasos: saturados e insaturados. Los ácidos grasos saturados
presentan enlaces simples entre sus átomos átomos de carbono. Como no presentan ningún
enlace doble cada átomo de carbono está saturado por átomos de hidrógeno.
Los ácidos grasos insaturados presentan enlaces dobles entre los átomos de carbono que
causan que la cadena hidrocarbonada se flexione. La presencia de simples o dobles enlaces
trae consecuencias en el empaquetamiento de la molécula
Figura. Esquema de dos ácidos grasos. El ácido palmitico es un ejemplo de una ácido graso del tipo
saturado (no presenta dobles enlaces) en cambio el ácido linoleico es un ejemplo de un ácido graso
insaturado presenta dobles enlaces).
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Biología
Los acilglicéridos o glicéridos, son lípidos constituidos por una molécula de glicerol
(alcohol) a la cual se le pueden unir; uno (monoglicérido), dos (diglicéridos) o tres moléculas
de ácidos grasos (triglicéridos).
Los triglicéridos se clasifican según su estado físico, en aceites y grasas. Los aceites son
líquidos a temperatura ambiente, pues los ácidos grasos presentes en el son del tipo
insaturado y de cadena corta, de origen vegetal; en cambio las grasas son sólidas a
temperatura ambiente, pues los ácidos grasos presentes en el son del tipo saturado y de
cadena larga, principalmente de origen animal.
Figura .Diagrama que muestra la formación de un triglicérido a partir de una molécula de glicerol más tres
ácidos grasos del tipo saturado. El enlace se llama tipo éster o estérico y el proceso, esterificación o
condensación. De derecha a izquierda se indica la hidrólisis.
Los glicéridos son de importancia biológica debido a sus múltiples funciones entre ellas se
encuentran:
Reserva energética: A diferencia de muchas plantas, los animales sólo tienen una
capacidad limitada para almacenar carbohidratos. En los vertebrados, cuando los
azúcares que se ingieren sobrepasan las posibilidades de utilización o de
transformación en glucógeno, se convierten en grasas. De modo inverso, cuando los
requisitos energéticos del cuerpo no son satisfechos por la ingestión inmediata de
comida, el glucógeno y posteriormente la grasa son degradados para llenar estos
requerimientos. Las grasas y los aceites contienen una mayor proporción de enlaces
carbono-hidrógeno ricos en energía que los carbohidratos y, en consecuencia,
contienen más energía química. En promedio, las grasas producen aproximadamente
9,3 kilocalorías por gramo, en comparación con las 3,79 kilocalorías por gramo de
carbohidrato, o las 3,12 kilocalorías por gramo de proteína.
Aislantes térmicos: Contra las bajas temperaturas. El tejido adiposo (que almacena
grasa) está particularmente bien desarrollado en los mamíferos marinos.
Amortiguador: Grandes masas de tejido graso rodean a algunos órganos como, por
ejemplo, a los riñones de los mamíferos, y sirven para protegerlos de una conmoción
física. Estos depósitos de grasa permanecen intactos, aún en épocas de inanición.
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Biología
Los fosfolípidos corresponden a una familia de lípidos anfipáticos que por sus particulares
propiedades físicas estructuran membranas celulares. Se trata de lípidos polares que, en
presencia de agua, espontáneamente adoptan la estructura de bicapas lipídicas. Poseen, en su
estructura, un grupo fosfato y dos ácidos grasos unidos a una molécula de glicerol.
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Biología
Los terpenos son lípidos que resultan de la unión de muchas unidades pequeñas, llamadas
isoprenos. Son terpenos las siguientes vitaminas liposolubles:
A: participa en la fisiología de la visión, al formar parte de la rodopsina, un pigmento
fotosensible presente en los bastones retinianos.
E: es un antioxidante intracelular que impide el deterioro prematuro de los tejidos.
K: forma parte de una enzima que interviene en el proceso de coagulación sanguínea.
También se clasifican como lípidos a los esteroides los cuales no se asemejan
estructuralmente a los otros lípidos, pero, se les agrupa con ellos porque son insolubles en
agua. Pertenecen a este grupo el colesterol, la vitamina D, los ácidos biliares, las hormonas
de la corteza suprarrenal (aldosterona, cortisol y andrógenos corticales), las hormonas
sexuales femeninas (progesterona y estrógenos) y masculina (testosterona).
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Biología
PROTEINAS
Conocidas también como polipéptidos o polímeros de aminoácidos, las proteínas son
importantes biomoléculas celulares compuestas de Carbono, Hidrógeno, Nitrógeno,
Oxígeno y Azufre. Pueden llegar a tener enorme número de roles dentro de la dinámica
celular.
Comenzaremos el análisis de las proteínas por sus constituyentes monoméricos: los
aminoácidos.
▪ Los Aminoácidos
Los aminoácidos son los las unidades monoméricas de las proteínas. En la naturaleza proteica
existen veinte, de los cuales diez (Isoleucina, Leucina, Lisina, Metionina, Fenilalalina,
Treonina, Triptófano, Valina, Tirosina* e Histidina) no son sintetizados por el organismo
humano (y otros organismos) siendo necesaria su ingesta en la dieta.
Existen aminoácidos raros que no forman parte de las proteínas, pero son importantes
intermediarios. Dos buenos ejemplos corresponden a la citrulina y la ornitina, dos
aminoácidos presentes en el ciclo de la urea.
Químicamente consisten en un carbono quiral (que posee cuatro sustituyentes diferentes)
siendo tres de ellos altamente conservados entre los veinte aminoácidos. Estos sustituyentes
corresponden a:
Un átomo de hidrógeno (H)
Un grupo amino (NH2)
Un grupo carboxilo (COOH)
Un radical [R] (el que otorga la identidad a cada aminoácido)
Estructura básica de un aminoácido único en solución acuosa. Los grupos NH2 y COOH
se muestran cargados por consecuencia de no estar unido a un polipéptido y estar disuelto
en agua.
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Dentro de los aminoácidos, podemos distinguir diferentes familias:
Cargados
Apolares
La anterior clasificación cobra importancia en el hecho que las diferentes combinaciones de
aminoácidos contribuyen a una conformación tridimensional propia cada proteína tiene su
propia combinación.
ESTRUCTURAS PROTEICAS
Las proteínas tienen la complejidad de poseer varias estructuras conformacionales, en
relación al estado de síntesis en el que éstas se encuentran.
Es conveniente señalar (aunque se verá en guías posteriores) que la síntesis de las proteínas
se lleva a cabo en tres diferentes complejos celulares: los ribosomas, el Reticulo
Endoplasmático (o ergastoplasma) Rugoso y el Aparato de Golgi.
Las proteínas poseen cuatro estructuras, conforme a su grado de maduración (en estricta
relación con su función futura):
a. Estructura lineal (Primaria)
b. Estructura Secundaria
Alfa hélice
Hoja beta (pliegues)
c. Estructura globular (terciaria)
d. Estructura heterogenia (cuaternaria)
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La estructura lineal es la estructura que se obtiene apenas la cadena de aminoácidos
ha sido producida en el ribosoma. En ese periodo la cadena es muy joven y no ha
sufrido las modificaciones necesarias para ejercer su efecto definitivo. Las hormonas
peptídicas (cuyo número de aminoácidos no supera los diez en general) son una gran
excepción a esta regla.
Para obtener la estructura lineal es necesario unir varios aminoácidos estrictamente
seleccionados. Esta unión entre aminoácidos se conoce como enlace peptídico, y se forma
de manera semejante al enlace O-glucosídico: por condensación.
La estructura secundaria se obtiene cuando los aminoácidos de la cadena lineal
comienzan a interaccionar unos con otros (p. ej. Aminoácidos positivos y negativos
tienden a atraerse, y si están muy separados la cadena lineal tenderá a plegarse). La
fuerza presente en dicha estructura corresponde a los puentes de hidrogeno.
Dependiendo de esta interacción se pueden formar dos estructuras: Una hélice, α-
hélice, o una estructura “quiebrada” o plegada, conocida como hoja beta o β-plegada.
En un mismo polipéptido pueden coexistir ambas estructuras.
La estructura terciaria aparece cuando la proteína ya ha sido modificada en el RER
y ya cursa su modificación final en el aparato de Golgi. Los aminoácidos que poseen
radicales sulfurados (cisteína) forman enlaces del tipo puentes disulfuros (cisteína-
cisteína). La posición de dichos aminoácidos está determinada genéticamente para
lograr establecer una estructura funcional acorde a la proteína. Una vez que se forman
estos puentes, la proteína puede ejercer una función.
La estructura cuaternaria no está presente en todas las proteínas. Consiste en la
interacción covalente entre dos o más cadenas peptídicas diferentes en estructura
terciaria (en general tienden a ser grandes proteínas). El exponente más conocido de
esta estructura es la hemoglobina, la cual será estudiada en la guía dedicada al aparato
respiratorio.
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En resumen, las estructuras proteicas poseen las siguientes características:
FUNCIONES DE LAS PROTEINAS
Las proteínas son las moléculas orgánicas más abundantes de los tejidos vivos y sanos.
Dirigen prácticamente la totalidad de los procesos vitales, incluso aquellos destinados a la
producción de ellas mismas. Determinan la forma y la estructura de las células. Sus funciones
se relacionan con sus múltiples propiedades, que son el resultado de la composición de
aminoácidos, de la secuencia y del modo en que la cadena se pliega en el espacio.
ESTRUCTURAL: Ciertas glucoproteínas forman parte de las membranas y
participan como receptores o facilitan el transporte de sustancias. Las proteínas del
citoesqueleto, de las fibras del huso, de los cilios y flagelos. Nucleoproteínas
(ácidos nucleicos + proteínas) es el caso de cromosomas, ribosomas y nucleolos.
Proteínas que confieren resistencia y elasticidad a los tejidos, como el colágeno del
tejido conjuntivo fibroso, la elastina del tejido conjuntivo elástico y la queratina de
la epidermis.
HORMONAL: La insulina y el glucagón (que regulan la glicemia), la hormona del
crecimiento y la calcitonina (que regula la calcemia).
DEFENSIVA: Las Inmunoglobulinas actúan como anticuerpos. La trombina y el
fibrinógeno participan en la formación de coágulos, y por ende evitan las
hemorragias.
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TRANSPORTE: La hemoglobina transporta O2, en vertebrados y la mioglobina, en
el interior de la célula muscular. Las lipoproteínas transportan lípidos en la sangre y
las proteínas transportadoras de la membrana plasmática regulan el paso de solutos y
agua a través de ella.
CONTRACTIL: La actina y la miosina son parte del músculo, responsables de la
contracción muscular.
RESERVA: La ovoalbúmina del huevo y la gliadina del grano de trigo, entre otras,
son la reserva de aminoácidos utilizadas en el desarrollo del embrión.
ENZIMATICA: Las enzimas son catalizadoras de las reacciones químicas dentro
de las células, es decir, aceleran la velocidad de las mismas. Son numerosas y
altamente específicas. Son ejemplos de enzimas: la amilasa que cataliza la digestión
del almidón y la lipasa cataliza la digestión de los lípidos y la pepsina que cataliza la
digestión de las proteínas.
ENZIMAS
Las enzimas son proteínas que actúan como biocatalizadores, es decir, aceleran las
reacciones químicas que ocurren tanto en el medio intra como en el extra celular. Estas
reacciones químicas siempre requieren para su inicio de un aporte de energía llamada energía
de activación (Ea) energía mínima necesaria que deben alcanzar los reactantes (sustratos)
para su transformación en productos).
Las enzimas aceleran las reacciones químicas, disminuyendo la energía de activación
(Ea) de la reacción química, es decir, permiten que una reacción ocurra en un breve lapso de
tiempo. Son altamente específicas (actúan sobre un sustrato determinado), en pequeñas
cantidades, no se alteran durante la reacción ni modifican el equilibrio de la misma y son
sintetizadas por los ribosomas.
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