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1º CUATRIMESTRE 2020 UNIDAD Nº1- ENCUENTRO VIRTUAL Nº
ENCUENTRO VIRTUAL Nº3 - UNIDAD Nº
Apunte teórico: TEORÍA CELULAR Y GENERALIDADES
¿Qué es la célula? Es la mínima unidad anatómica y funcional de todo ser viviente. Es la unidad de origen de todo ser vivo, toda célula proviene de otra célula. Es una unidad fisiológica de todo ser vivo porque cada célula representa un minúsculo organismo capaz de desarrollar todas las funciones metabólicas del organismo. La teoría celular Los principales postulados de la teoría celular incluyen:
- Las células son las unidades básicas de organización y funcionamiento de todos los seres vivos.
- Las reacciones químicas de un organismo vivo, incluyendo sus procesos liberadores de energía y sus reacciones biosintéticas, tienen lugar dentro de las células.
- Además todas las células proceden de otra célula.
- Finalmente, las células contienen la información hereditaria de los organismos de los cuales son parte, y esta información pasa de célula progenitora a célula hija. Les dejamos un video que explica cómo se construyó la Teoría celular y sus principales postulados. Para verlo hacé click en el siguiente hipervínculo >>> Teoría celular <<< Las células tienen cuatro funciones claras:
- almacenar información genética,
- traducir esa información en la síntesis de moléculas que forman las células,
- producir la energía necesaria para estos procesos a partir de los nutrientes que incorpora,
- reproducirse pasando a su progenie la información genética.
1º CUATRIMESTRE 2020 UNIDAD Nº1- ENCUENTRO VIRTUAL Nº Clasificación de las células ● Según el tamaño de las células pueden ser Microscópicas o Macroscópicas. Sin perder de vista que el tamaño de las células no depende del tamaño del organismo. ● Según la forma de las células: cilíndricas, planas, alargadas, globulares, etc. ● Según su nutrición se dividen en heterótrofas o autótrofas. Las heterótrofas son células que dependen de fuentes externas de moléculas orgánicas para obtener su energía y sus moléculas estructurales; las autótrofas , por contraste, se "autoalimentan", es decir, no requieren moléculas orgánicas como fuentes externas para obtener su energía o para usarlas como pequeñas moléculas de tipo estructural; en cambio, son capaces de sintetizar sus propias moléculas orgánicas a partir de sustancias inorgánicas simples , siendo capaces de transformar la energía luminosa en energía química (esto está esquematizado en la DIAPO 8 del ENCUENTRO 3 ). Miremos el siguiente video de >>> Autotrofos vs Heterotrofos <<< para comprender mejor estos conceptos. ● Según la complejidad de las células, pueden ser Procariotas (Bacterias y archeas) o Eucariotas (los demás organismos). Todas las células presentan:
- Membrana Plasmática que las delimita.
- Citoplasma que es su medio interno.
- ADN o material genético con las indicaciones para su metabolismo.
- Ribosomas: complejos formados por ARN y proteínas involucrados en la síntesis de proteínas. Les sugerimos tener a mano el >>>APUNTE BIOMOLÉCULAS<<< para recordar conceptos y lograr una mejor comprensión de lo que veremos a continuación. 1 - Membrana Plasmática Es una bicapa lipídica semipermeable que rodea y delimita la célula. Sus principales funciones son: mantener el equilibrio entre el interior (medio intracelular) y el exterior (medio extracelular) de las células; regular la entrada y salida de muchas sustancias entre el citoplasma y el medio extracelular (nutrición) y mediar la comunicación con otras células.
1º CUATRIMESTRE 2020 UNIDAD Nº1- ENCUENTRO VIRTUAL Nº Esto es así ya que, como repasaron en el apunte de biomoléculas, los fosfolípidos presentan doble polaridad en su estructura: una cabeza polar o hidrofílica y una cola no polar o hidrofóbica. A nivel estructural, en la membrana plasmática, se ubican uno junto a otro formando un conjunto de cabezas polares que denominamos cara hidrofílica y en el centro un conjunto de colas no polares que denominamos cara hidrofóbica. Lo mencionado se recupera en la siguiente figura: Estructura de bicapa lipídica con carácter anfipático Como también vimos en el apunte de biomoléculas, existen distintas clases de fosfolípidos. Estos fosfolípidos se encuentran distribuidos, en la membrana plasmática, de forma asimétrica y heterogénea. Esto ocurre, simplemente, porque los fosfolípidos que se encuentran en la cara interna de la membrana plasmática son distintos (en cantidad y calidad) de los que se encuentran en la cara externa. Sumado a esto, como la membrana plasmática no es estática, la composición fosfolipídica de la membrana varía constantemente. De hecho, para saber como es la composición fosfolipídica de la membrana plasmática unx debería sacar una foto en un instante y al instante siguiente sería distinta, ¡ouch!. Como venimos mencionando, la membrana está en constante movimiento. Los fosfolípidos se mueven entre sí (lateralmente o atravesando la capa de lípidos), las proteínas se mueven dentro de la membrana. Es resumen, la membrana es flexible y con permeabilidad selectiva: las proteínas integrales de membrana (proteínas canal, proteínas transportadoras y bombas) realizan el transporte de compuestos polares mientras que los fosfolípidos permiten la difusión de sustancias no polares. Por todo esto es que este modelo de estructura de membrana se conoce como modelo de mosaico fluido , propuesto por Seymour Singer y Garth Nicolson ( mosaico porque las estructuras se van repitiendo, “porción a porción”; y fluído por este “movimiento” que pueden realizar tanto los fosfolípidos como las proteínas).
1º CUATRIMESTRE 2020 UNIDAD Nº1- ENCUENTRO VIRTUAL Nº Transporte a través de membrana La membrana es flexible (movimiento constante) y con permeabilidad selectiva o semipermeable. El mantenimiento del ambiente interno de la célula requiere que la membrana desempeñe una doble función compleja: debe evitar la entrada de ciertas sustancias y permitir el ingreso de otras e, inversamente, debe retener ciertas sustancias en el interior y permitir la salida de otras. Pero, ¿cómo se mueven las sustancias a través de la membrana?. Además, siendo que la nutrición celular es una función fundamental de la membrana, ¿cómo ingresan sustancias polares (como la Glucosa, el principal combustible energético) al interior celular? ¿Cómo atraviesan los gases (Ej. CO 2 y O 2 ) y las sustancias no polares esta bicapa? ¿Y el H 2 O? Precisamente por la permeabilidad selectiva de la membrana. Los fosfolípidos permiten el paso de sustancias no polares y pequeñas moléculas polares como el agua (porque, si miramos la estructura de los fosfolípidos, son un 80% no polares, con lo cual, ¡van a ser más afines por sustratos hidrofóbicos!). Las proteínas, por su parte, se mueven dentro de la membrana. Las proteínas integrales de membrana se encargan del transporte de compuestos polares o cargados (¡actúan como canales que no permiten que moléculas polares o con carga, tomen contacto con las colas no polares de los fosfolípidos!). Denominamos flujo global o neto al movimiento total de un líquido. Las moléculas de agua y solutos disueltos se mueven a través de una membrana semipermeable, todas juntas y en la misma dirección, en respuesta a diferencias de gravedad o presión. Existen dos tipos de transportes: ● Transporte pasivo: a favor de gradiente de concentración (difusión simple, difusión facilitada). En decir, no requiere de un gasto energético por parte de la célula. ● Transporte activo: en contra de gradiente de concentración.Por lo tanto, requiere un gasto energético por parte de la célula para poder ocurrir. Transporte pasivo Algunas sustancias ingresan o salen de las células y se mueven dentro de ellas por difusión, un proceso físico de movimiento aleatorio. El transporte pasivo no requiere que la célula gaste energía metabólica. Muchos iones y moléculas pequeñas se mueven a través de las membranas por difusión. Hay dos tipos de difusión, la difusión simple y la difusión facilitada.
1º CUATRIMESTRE 2020 UNIDAD Nº1- ENCUENTRO VIRTUAL Nº de menor concentración (agua más soluto). Las moléculas de agua pasan libremente en ambas direcciones, pero como en todos los tipos de difusión, el movimiento neto es de la región donde las moléculas de agua están más concentradas a la región de menor concentración. Cabe destacar que en el sistema presentado en la figura derecha, la membrana semipermeable deja pasar, por el tamaño de poro, solamente las moléculas de agua haciendo rebotar a las moléculas de soluto que por su tamaño no pueden atravesarlo. ¿Qué ocurre con el nivel de líquido a ambos lados de la membrana semipermeable? Para contestar esta pregunta te recomendamos veas el siguiente video >>> Osmosis <<<. Y de paso te dejamos otro interrogante: ¿Qué ocurriría si el poro fuese de un tamaño tal que dejara pasar las moléculas de soluto? ¿Cómo cambiaría el nivel de líquido a ambos lados de la membrana semipermeable? Entendiendo el concepto anterior y pensando que la membrana plasmática es una barrera semipermeable por donde el agua puede circular libremente mediante difusión simple, podemos decir que las soluciones/medios pueden ser (en relación a la célula): Medio isotónico: igual cantidad de moléculas de soluto fuera y dentro de la célula. Si una célula se pone en contacto con este medio, no se producen cambios de volumen celular. Pueden ver esto gráficamente en ENCUENTRO 3: Diapositiva 22, ejemplo a. Medio hipertónico: mayor cantidad de moléculas de soluto fuera de la célula que dentro. Si una célula se pone en contacto con este medio, se produce disminución del volumen celular (crenación). Pueden ver esto gráficamente en ENCUENTRO 3: Diapositiva 22, ejemplo b. Medio hipotónico: menor cantidad de moléculas de soluto fuera de la célula que dentro. Si una célula se pone en contacto con este medio, se produce aumento del volumen celular (hinchazón). Pueden ver esto gráficamente en ENCUENTRO 3: Diapositiva 22, ejemplo c.
1º CUATRIMESTRE 2020 UNIDAD Nº1- ENCUENTRO VIRTUAL Nº Para que sea más gráfica la interpretación de estos fenómenos, te invitamos a ver el siguiente video >>> Glóbulo rojo en distintos medios <<< Difusión facilitada En la difusión facilitada el transporte también se realiza a favor de un gradiente de concentración. Como vimos previamente, las moléculas de soluto pequeñas sin carga (no polares), como el oxígeno y el dióxido de carbono, se mueven directamente a través de la membrana a favor de su gradiente de concentración por simple difusión o difusión simple. En la difusión facilitada, una proteína de transporte específica hace que la membrana sea permeable a un soluto en particular , como un ion específico o una molécula polar que en ausencia de esa proteína de transporte no atravesaría la membrana. Se puede trasladar un soluto específico desde el interior de la célula al exterior o desde el exterior al interior, pero el movimiento neto es siempre de una región de mayor concentración de soluto a una región de menor concentración. Las proteínas de canal y las proteínas transportadoras realizan la difusión facilitada por diferentes mecanismos. Difusión a través de proteínas canal: estas proteínas, no se unen al soluto, sino que conforman un poro o canal hidrofílico que atraviesa la membrana permitiendo exclusivamente el pasaje de sustancias con carga eléctrica: pequeños iones: Na+, K+, Cl- que no podrían atravesar la bicapa de otra manera. Recordar que este transporte siempre ocurre a favor de gradiente de concentración. Estos canales generalmente se encuentran cerrados por “compuertas”, que se abren ante la presencia de ciertos estímulos. Ejemplo: los canales de Na+ ó de K+. El gradiente de Na+ hace que este ion se mueva desde fuera de la célula (mayor concentración) hacia adentro (menor concentración), mientras que el gradiente de K+ es inverso, se mueve desde dentro (mayor concentración) hacia fuera (menor concentración). Proteína transportadora o “carrier”: mediante este mecanismo se transportan moléculas polares (glucosa, sacarosa, nucleótidos, aminoácidos) desde una zona de mayor concentración a una de menor concentración. Para ello, la proteína en su conformación (o forma) inicial, capta la molécula a transportar, cambia su conformación para orientarla hacia el lado al PO RO
1º CUATRIMESTRE 2020 UNIDAD Nº1- ENCUENTRO VIRTUAL Nº Las proteínas simportadoras y antiportadoras cotransportan solutos, es decir, los transportan al mismo tiempo. El ejemplo de simporte lo ofrece el cotransporte al interior de la célula de Na++^ y glucosa, transportando Na+ a favor de gradiente y Glucosa en contra de su gradiente de concentración: Bombas de tipo ABC (ATP Binding cassette) : son proteínas transportadoras que presentan una zona de unión a ATP. De esta forma, movilizan partículas en contra de su gradiente ya sea de una única partícula en una dirección (uniporte) o dos partículas en direcciones opuestas (antiporte).
1º CUATRIMESTRE 2020 UNIDAD Nº1- ENCUENTRO VIRTUAL Nº Uno de los ejemplos más importante de este tipo de bombas es la bomba de sodio-potasio que se encuentra en todas las células animales. Utiliza energía del ATP para bombear iones de sodio fuera de la célula e iones de potasio dentro de la célula (antiporte). El intercambio es desigual: en general sólo dos iones de potasio son importados por cada tres iones de sodio exportados. Ya que estos gradientes de concentración particulares implican iones, un potencial eléctrico (diferencia de cargas eléctricas) se genera a través de la membrana, es decir, la membrana está polarizada. Tanto los iones de sodio como los de potasio están cargados positivamente, pero debido a que hay menos iones de potasio en el interior con respecto a los iones de sodio de afuera (por la salida y entrada desigual), el interior de la célula está cargada negativamente con respecto al exterior. La distribución desigual de iones establece un gradiente eléctrico que impulsa a los iones a través de la membrana plasmática. Las bombas sodio-potasio ayudan a mantener una separación o diferencia de cargas a través de la membrana plasmática. Esta separación se llama un potencial de membrana en reposo o potencial transmembrana. Ya que se produce tanto una diferencia de carga eléctrica como una diferencia de concentración en los dos lados de la membrana, el gradiente que se genera a partir del intercambio se conoce como gradiente electroquímico. Cabe destacar, que como resultado de la acción de estas bombas que llevan iones en contra de su gradiente de concentración, el lado externo de la célula queda con una concentración de Na+ mayor que en el interior y en el interior, la concentración de K+ es mayor que en el exterior (extremos izquierdo y derecho de la figura). Esto hace que los iones Na+ tiendan a ingresar a la célula (a favor de gradiente de concentración y como ya habíamos visto, por difusión facilitada). Y en el caso de los iones K+, tiendan a salir de la célula a favor de gradiente de concentración (desde el interior celular hacia el exterior y por difusión facilitada). Nota: en la figura LIC quiere decir líquido intra celular y LEC líquido extracelular. El uso de potenciales electroquímicos para el almacenamiento de energía no se limita a las membranas plasmáticas de las células animales. Las células de bacterias, hongos y plantas utilizan proteínas transportadoras, conocidas como bombas de protones, para transportar activamente los iones de hidrógeno (que son protones) fuera de la célula por uniporte. Estas bombas de membrana transfieren protones del citosol hacia el exterior en contra de gradiente.
1º CUATRIMESTRE 2020 UNIDAD Nº1- ENCUENTRO VIRTUAL Nº Transporte mediado por vesículas Las moléculas individuales y los iones pasan a través de la membrana plasmática por difusión simple y facilitada, respectivamente, así como por transporte activo mediado por el transportador. Algunos de los materiales más grandes, como moléculas de gran tamaño, las partículas de alimentos, o incluso células pequeñas, también se mueven dentro o fuera de las células pero son trasladados por exocitosis y endocitosis. Al igual que el transporte activo, estos procesos requieren un gasto de energía directamente de la célula. Estos procesos son: Exocitosis: La célula expulsa productos de desecho, o productos de secreción como las hormonas, mediante la fusión de una vesícula con la membrana plasmática. Conforme el contenido de la vesícula se libera de la célula, la membrana de la vesícula secretora se integra a la membrana plasmática. Éste es el mecanismo principal por el cual la membrana plasmática aumenta de tamaño. Endocitosis: Los materiales son incorporados en la célula. Varios tipos de mecanismos de endocitosis operan en los sistemas biológicos, incluyendo la fagocitosis y pinocitosis: ➔ Fagocitosis : Etimológicamente significa: “células comiendo”. Durante este proceso la célula ingiere partículas grandes de sólidos como alimento o bacterias. Algunos protistas ingieren alimentos por fagocitosis. Diferentes tipos de células de vertebrados, incluidos ciertos leucocitos, ingieren bacterias y otras partículas por fagocitosis. Durante la ingestión, los pliegues de la membrana plasmática encierran la célula o partícula. Cuando la membrana rodea la partícula, se fusiona en el punto de contacto, formando una vacuola. La vacuola puede entonces fusionarse con los lisosomas, que degradan el material ingerido. ➔ Pinocitosis : Etimológicamente significa: “células bebiendo”. En este proceso la célula toma los materiales disueltos. Pequeñas gotas de fluido son atrapadas por los pliegues de la membrana plasmática, atrapándolas dentro del citosol en forma de vesículas pequeñas. Conforme el contenido del fluido de estas vesículas se transfiere en forma lenta en el citosol, las vesículas se vuelven progresivamente más pequeñas. Podemos concluir entonces que la membrana es fundamental para el bienestar celular, por eso veamos nuevamente el video mediante el siguiente hipervínculo >>> Membrana celular <<< que engloba los conceptos más importantes que debemos recordar.
1º CUATRIMESTRE 2020 UNIDAD Nº1- ENCUENTRO VIRTUAL Nº 2 - Citoplasma Se denomina citoplasma a la materia especializada situada en el interior de la membrana de las células. Alberga el contenido celular y contribuye con el movimiento del mismo. Está conformado por agua, proteínas, lípidos, carbohidratos, ARN, sales minerales, otros productos del metabolismo y organelas. 3 - ADN (ácido desoxirribonucleico) El ADN es el material genético, una gran biomolécula formada por largas secuencias de nucleótidos que contiene lo que denominamos genes : instrucciones codificadas químicamente para producir secuencias de ARN o proteínas importantes para el funcionamiento de la célula. El ADN guarda la información que codifica un producto funcional ( ARN o proteína ) y permite que esta sea transmitida a la descendencia. El ADN tiene la capacidad única de hacer una copia exacta de sí mismo mediante un proceso llamado replicación , para proveer a las células hijas el material genético para su funcionamiento. Existen distintos tipos de ADN: ➔ ADN cromosómico : Es la información genética principal de las células, con genes que codifican para casi todo su metabolismo. En las células procariotas, este ADN es circular, y dado que este tipo de células no presentan núcleo celular diferenciado, el ADN cromosómico se encuentra libre en el citoplasma. En las células eucariotas, este ADN es lineal y se encuentra unido fuertemente a proteínas denominadas histonas. Dado que las células eucarióticas presentan un verdadero núcleo, en este caso el ADN cromosómico se encuentra rodeado por membranas. ➔ ADN extracromosómico : En células eucariotas se encuentra dentro de mitocondrias y cloroplastos, que son organelas que fueron integradas a las células por endosimbiosis. De hecho, la presencia de dichas organelas dentro de una célula procariota ancestral marcó el origen de las células eucariotas. En células procariotas, el ADN extracromosómico se encuentra en forma de plásmidos, estructuras circulares pequeñas que contienen unos pocos genes y aportan a la célula alguna capacidad extra, como la resistencia a algún antibiótico.
1º CUATRIMESTRE 2020 UNIDAD Nº1- ENCUENTRO VIRTUAL Nº Guía de estudio (¡o preguntas preparatorias para el examen!) (¡No son las Actividades!) Estas preguntas te ayudarán a corroborar si has fijado los conceptos más importantes de este encuentro. Son una guía para cuando estés preparándote para el examen, por lo tanto no debés entregarlas como tarea a tu docente. Pero, ¡sí podés consultarle si tenés dificultad para responderlas! ¡Adelante con ellas!
- ¿Puedes mencionar las afirmaciones de la Teoría Celular?¿Cuáles son?
- Distingue entre los siguientes términos: autótrofos/heterótrofos.
- ¿Cuáles son las estructuras que poseen en común TODAS las células? ¿Por qué son tan necesarias cada una de ellas?
- ¿Cuál es la relación entre las Biomoléculas y la Membrana Plasmática?
- Describe la estructura de la membrana plasmática.
- ¿De qué manera difieren las caras de la membrana? ¿Cuál es la importancia funcional de estas diferencias?
- Distingue entre los siguientes términos: flujo global/difusión/ósmosis; medio hipotónico/hipertónico/isotónico.
- ¿Qué es un gradiente de concentración? ¿De qué manera afecta el gradiente de concentración a la ósmosis?
- Si se coloca un glóbulo rojo en agua destilada, éste aumenta su volumen debido al pasaje de agua al interior de la célula. a) ¿Por qué el agua ingresa al interior de la célula? b) ¿Cómo se denomina el proceso por el cual el agua difunde a través de la membrana celular? c) ¿Qué ocurriría si este pasaje se produjera indefinidamente?
- ¿Qué es lo que limita el paso de moléculas como el agua, otras moléculas polares e iones a través de la membrana celular? ¿De qué manera entran y salen estas moléculas de la célula? Describe estas formas.
- Menciona diferencias entre difusión simple y el transporte activo. Y entre el transporte activo y la difusión facilitada.
- Distingue entre los siguientes términos: endocitosis/exocitosis ; fagocitosis/pinocitosis.
- Señala las principales funciones del Citoplasma, el ADN y de los Ribosomas.
