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UNIVERSIDAD NACIONAL DE EDUCACIÓN
Enrique Guzmán y Valle
Alma Máter del Magisterio Nacional
FACULTAD DE CIENCIAS
Escuela Profesional de Ciencias Naturales
MONOGRAFÍA
La Célula: Estructura. Membrana celular, permeabilidad celular,
mecanismos de transporte de sustancias a través de la membrana.
Examen de Suficiencia Profesional Res. N° 0528 - 2018 - D-FAC
Presentada por:
LUCILA MAMANI QUISPE
PARA OPTAR AL TÍTULO PROFESIONAL DE LICENCIADO EN EDUCACIÓN
ESPECIALIDAD: BIOLOGÍA – CIENCIAS NATURALES
Lima, Perú
Contenido Portada i Designación de jurado ii Dedicatoria iii Contenido iv Índice de tablas vii Índice de figuras viii Introducción x Capítulo I: La célula 12 1.1 Características generales 13 Capítulo II: Composición de las células 18 2.1 Clasificación celular 18 2.1.1 Células procariotas 19 2.1.2 Células eucariotas 21 2.1.2.1 Células animales y vegetales 21 2.2 Generalidades de la estructura 24 2.2.1 La membrana plasmática 24 2.2.2 Material genético 25 2.2.3 Citoplasma 26 2.3 Componentes celulares 26 2.3.1 Núcleo 27 2.3.2 Retículo endoplasmático 29 2.3.2.1 Retículo endoplasmático rugoso 29 2.3.2.2 Retículo endoplasmático liso 30 iv
Índice de tablas Tabla 1. Principales características de las células eucariotas y procariotas. .. 18 Tabla 2. Estructuras internas de las células eucariotas y sus funciones. .. 26 Tabla 3. Componentes de la membrana celular. .. 40 Tabla 4. Comparación de las concentraciones de iones dentro y fuera de una célula típica. ........................................................................................................................................ 49 Tabla 5. Mecanismos de transporte a través de la membrana celular. ... 55 vii
Índice de imágenes
Introducción La presente monografía que lleva por título: La célula: Estructura. Membrana celular, permeabilidad celular, mecanismos de transporte de sustancias a través de la membrana , tiene el principal objetivo de describir, detallar y explicar los principales aspectos a considerar para el estudio de las células y su funcionamiento en la regulación de procesos vitales de los organismos. Fuentes clave de recopilación de temas de biología han sido utilizados para el desarrollo de este texto. El primer capítulo detalla las características comunes en todas las células, sin importar el organismo del que provengan o de las funciones que deban cumplir. Esta recopilación inicial permite entender que, si bien existe una cantidad enorme de tipos de células (siendo algunas de ellas un organismo independiente), todas estas provienen de un mismo origen, por lo que comparten características comunes que el desarrollo y el paso de las generaciones no ha alterado. En el segundo capítulo se detallan los tipos de células, haciéndose mención de las diferencias entre las células procariotas (sin núcleo) y las células eucariotas (con núcleo). La descripción de los distintos componentes celulares, llamados organelos, se abarca en este apartado, detallándose el funcionamiento de cada uno de estos y sus características estructurales. La membrana celular y sus principales características son detalladas en el tercer capítulo. En este, se hace hincapié en los constituyentes que la conforman: los fosfolípidos y las proteínas, compuestos que finalmente le dan las especiales propiedades con las que este sistema opera. x
El paso y el control de compuestos químicos que ingresan o salen de la célula se detallan mediante la descripción de los fenómenos de transporte, tema abarcado en el cuarto y último capítulo. En este se describen los procesos pasivos y los procesos activos. Se presenta la principal diferencia entre estas: el movimiento hacia o en contra del gradiente de concentraciones, respectivamente; y las variaciones dadas entre estos fenómenos. El corpus del trabajo, previamente descrito, está acompañada por una aplicación didáctica que incluye una sesión de aprendizaje y los distintos complementos que esta requiere para ser aplicado en un salón de clase. El desarrollo de esta se encuentra alineado con lo especificado por el Ministerio de Educación para garantizar una eficaz consolidación del proceso de enseñanza y aprendizaje. La síntesis compila los aspectos más relevantes del escrito, funcionando además como un resumen clave en el que se detallan los conceptos clave. La apreciación crítica, las sugerencias muestran los hilos faltantes que no han sido abarcados en el desarrollo de la presente monografía, las referencias y los apéndices. La estructura y las características de este trabajo ha sido construido a partir de las Pautas generales para la redacción de trabajos académicos de la Escuela de Posgrado de la UNE (adaptación de las normas APA, sexta edición, Resolución Nº 0534- 2017 - EPG-UNE). xi
estructural de sus componentes, lo que refuerza el concepto de que existe una fuerte correlación entre la estructura de una célula y su función. 1.1. Características generales Se ha estimaod que, en la actualidad, el número de especies que pueblan la tierra es superior a los 10 millones de individuos, cada uno de los cuales es diferente y tiene además, la capacidad de reproducirse a sí misma con exactitud. La mayoría de estos son células sencillas (organismos unicelulares) y otros, como los mismos seres humanos, son organismos pluricelulares en las que las células realizan funciones de gran especialización y se relacionan mediante sistemas de comunicación de gran complejidad. Sin embargo, en todos los casos, cada uno de estos organismos ha sido originado por división celular a partir de una sola célula, quien lleva toda la información hereditaria que define a las especies y está constituida como una maquinaria con funciones completas y esenciales para garantizar la vida. A pesar de la enorme variedad de estas células, todas ellas comparten características en común, como las indicadas por Alberts (2008, p.2): 1.Todas las células guardan su información hereditaria en el mismo código químico lineal llamado ADN Las células vivas, al igual que las computadoras, contienen información; estas se encuentran evolucionando y trasnformándose desde hace más de 3.5 mil millones de años y, debido a este enorme lapso de tiempo, parece poco probable que todas estas compartan un único método con el que guardasen la información y con el que pudieran interpretar la información de otro tipo celular. Sin embargo, todas las células sobre la tierra, sin excepción alguna, guaradan su información hereditaria en forma de moléculas de ADN de doble cadena. Esta molécula está constituida por cuatro unidades básicas, los monómeros A, T, C
y G, los cuales funcionan como letras de un alfabeto de la herencia. Estos están unidos en largas cadenas y la secuencia en la que están colocadas codifica la información que contienen. Cada fragmento de ADN contiene información que puede ser leída, interpretada y copiada por cualquier célula de cualquier organismo. 2.Todas las células replican su información mediante la copia de un molde Figura 1. Replicación del ADN. Obtenido de Biología celular molecular por Lodish, Berk, Kaiser, Krieger, Scott, Bretscher & Matsudaria (2008), p. 10. Los mecanismos que hacen posible que se dé la vida dependen de la estructura de la molécula de ADN de doble cadena y por la secuencia de sus monómeros (A, T, C y G). En una célula viva, el ADN se forma o se sintetiza no de forma aislada, sino sobre un molde de una cadena ya existente. Esta cadena inicial consiste en dos hebras unidas entre sí por fuerzas débiles de interacción, las cuales son además complementarias: cuando en una de las hebras se encuentra el monómero A este solo puede unirse al monómero T de la otra hebra, y de igual manera entre los monómeros C y G. Cuando estas hebras son separadas, se tiene dos cadenas que puedens servir de molde para formar dos nuevas cadenas hijas idénticas a la orginal, dos nuevas copias de información hereditaria. Este proceso descrito recibe el nombre de replicación del ADN y esta se da a velocidades diferentes en las células, pero la Cadena molde Cadenas nuevas
4.Todas las células traducen de la misma manera el ARN a una proteína. Las proteínas determinan las características y las funciones de una célula y estas son generadas a partir de la información del ADN copiado en cadenas de ARN. Estas proteínas son como un alfabeto que cuenta con 20 letras, 20 unidades mínimas llamados aminoácidos. Estas letras se unen en secuencias especificadas por la información del ARN (es decir, del ADN original) y esto se da mediante el proceso de traducción. Esto se realiza en maquinarias macromoleculares de gran complejidad llamados ribosomas en las que las cadenas de ARN son ‘leídas’ para unir a los aminoácidos en la secuencia adecuada para formar una proteína con determinandas características. Figura 3. Producción de las proteínas, tomado de Biología por Raven, Johnson, Mason, Losos & Singer (2013), p. 301. Transcripción Traslación
5.Todas las células funcionan como fábricas que procesan los mismos elementos básicos usados en la construcción de elementos de un organismo Todas las células producen ADN, ARN y proteínas y, en todos los casos, estas están constituidas por el mismo tipo de subunidades, como azúcares, aminoácidos y otros, por lo que requieren procesos comunes de tratamiento de estos elementos. La diferencia radica en que cada tipo de célula realiza este procesamiento con algunas alteraciones en los detalles, por ejemplo, las plantas solo requieren de energía solar y nutrientes sencillos para sintetizar todo lo que necesitan, mientras que las células de los animales muchas parten de las moléculas ya elaboradas por las plantas para obtener otras de mayor complejidad, pero de mayor uso para estos. 6.Todas las células están envueltas por una membrana plasmática por la que pasan nutrientes y materiales de desecho Todas las células están incluidas dentro de una membrana plasmática que actúa como una barrera selectiva que le permite juntar nutrientes que adquiere de su ambiente y evitar que los productos esenciales para su funcionar se vayan al medio exterior. Las moléculas que conforman esta membrana son anfifílicas, lo que quiere decir que contienen una parte hidrofílica (soluble en agua) y una parte hidrofóbica (insoluble en agua), propiedad que les permite adoptar la estructura que muestran. Esta membrana no puede ser completamente impermeable pues, para garantizar su crecimiento y reproducción, debe de ser capaz de exportar e importar material. Esto lo puede lograr gracias a la presencia de proteínas insertadas en la membrana, las cuales se encuentran especializadas en el transporte específico de moléculas desde y hacia el interior de la célula.
Aparición 3.5 x 10^9 años 1.5 x 10^9 años La principal diferencia entre las células procariotas y eucariotas es que en los eucariotas se encuentran organelos, siendo el más importante el núcleo, en el que se encuentra contenido el genoma. Los organelos son regiones delimitadas por membranas internas dentro de las cuales se realizan funciones especializadas. En los procariontes, la ausencia del envoltorio nuclear deja al genoma en contacto directo con el citoplasma y está ubicado en la zona conocida como nucleoide, junto a los ribosomas. Los organismos procariontes poseen además de una membrana plasmática, una pared celular cuya función es darla mayor rigidez y protección mecánica (también se encuentra en las células vegetales). La composición química de la pared celular de los procariotas es compleja, contiene moléculas de polisacáridos, lípidos y proteínas (peptidoglucanos); esta composición varía si fuera parte de una célula vegetal (contendría celulosa). Dentro de la membrana se encuentra el citosol, un componente acuoso que contiene organelas y proteínas filamentosas exclusivamente en las células eucariotas que se reciben el nombre de citoesqueleto. Otra diferencia entre las células procariotas y eucariotas reside en la forma en la que se encuentra el material genético. En las células eucariotas, la información está contenida en una sola cadena circular de ADN (un único cromosoma), mientras que en el eucariotas, el ADN nuclear se divide en dos o más cromosomas. 2.1.1 Células procariotas Las células procariotas conforman, por sí mismas, los organismos procariontes unicelulares y son los más simples en cuanto a organización y a funciones. Entre estos organismos se
incluyen las bacterias y las arqueas, organismos que sobreviven en ambientes no usuales como lagos salinos, piscinas térmicas y pantanos. Figura 4. Célula procariota. Micrografía electrónica de una sección de Escherichia coli, bacteria común del intestino (arriba), tomado de Lodish & et al. (2008), p. 3, y esquema de una célula procariota (abajo) tomado de Biología molecular básica por Zaha, Bunselmeyer & Passaglia (2014), p. 3. Ribosomas (^) Material genético (nucleoide) Pared celular Membrana citoplasmática Espacio periplasmático y pared celular Membrana externa Membrana interna Nucleoide
