DIRECCIÓN DE PLANEACIÓN ACADÉMICA SUBDIRECCIÓN DE ELABORACIÓN DE MATERIALES EDUCATIVOS SEGUNDO SEMESTRE ASIGNATURA BIOLOGÍA I. La vida en la tierra I BLOQUE TEMÁTICO TRES “LA CÉLULA” AUTORA: Gloria Patricia Miranda Herrera ASESOR PEDAGÓGICO: Juan Rodríguez Esteves Material Didáctico Multimedia Julio de 2010 MAPA DEL CURSO Bloque Temático tres La célula INTRODUCCIÓN PROPÓSITO PROBLEMÁTICA SITUADA 1. Teoría Celular 1.1 Contexto histórico de la Teoría Celular 1.2 Postulados de la Teoría Celular Actividad de Aprendizaje 1 Resumen 2 Organización y funcionamiento de las subestructuras celulares en procariontes y eucariontes. 2.1 Características de los tipos celulares procariontes y eucariontes Actividad de Aprendizaje 2 2.2 Estructura y función celular Actividad de Aprendizaje 3 Actividad de Aprendizaje 4 Actividad de Aprendizaje 5 Resumen RECAPITULACIÓN ACTIVIDADES DE CONSOLIDACIÓN ANEXOS FUENTES DE INFORMACIÓN INTRODUCCIÓN La vida en la Tierra I, se ubica en el segundo semestre, es una asignatura que permite reconocerte como ser vivo, sabemos que los humanos estamos descubriendo permanentemente el mundo, y en la medida en que lo descubrimos nos descubrimos a nosotros mismos. Por lo tanto, éste tercer bloque que aborda el tema; La célula, te guía al reconocimiento de los procesos que se llevan a cabo en tu propio cuerpo, te invita a que comprendas que tenemos características semejantes a otros organismos, que al igual que tú están constituidos por células, de la célula, sabrás cómo funciona, al conocer su estructura y función de las estructuras que la conforma. Este material está diseñado con la idea de apoyarte, para que al término de este bloque seas capaz de responder a preguntas de carácter científico, al validar hipótesis y buscar respuestas de los problemas que te serán planteados, de obtener, y sistematizar información pertinente y actualizada, a realizar experimentos, además de comunicar conclusiones, siguiendo instrucciones y procedimientos establecidos. Mediante la comprensión y la aplicación del Método Científico, a través del trabajo en equipo, todo ello para despertar tú interés, pero sobre todo a desarrollar tus capacidades y competencias, mediante la observación, al plantear nuevas preguntas, dar explicaciones sencillas y buscar respuestas que puedas verificar y te permitan sistematizar datos. Estos temas no sólo acrecentarán tu cultura general, sino que construirás habilidades significativas para ti, pues serás capaz de aplicar en la práctica estos conocimientos al saber cómo llevar una vida sana. Iniciemos ahora este camino, que seguramente llevaremos a buen término. 1 PROPÓSITO ¿Qué vas a lograr? Participar en el análisis de los problemas que te serán planteados con relación a los temas Teoría celular, organización y funcionamiento de las subestructuras celulares, para contrastar los resultados de la investigación con la hipótesis inicial y participar en la elaboración y comunicación de conclusiones. ¿Qué conocimientos desarrollarás? A partir del estudio y análisis de los temas podrás tener respuestas a muchas preguntas acerca de las células procarióticas y eucariotas, las características distintivas y función de las estructuras que las conforman. ¿Cómo lo realizarás? Al utilizar la información empleando tú criterio para desarrollar habilidades y reflexionar sobre éstos temas de carácter biológico. A partir de la construcción, validación de hipótesis, considerando los referentes conceptuales y comunicación de conclusiones. Además realizarás diversas actividades de investigación, experimentación ¿Para qué te va a servir? La época que te ha tocado vivir es un tiempo de grandes cambios, sobre todo, el aspecto científico y tecnológico, ello te ayudará a que la información la analices, comprendas más que memorizarla, tengas curiosidad y el gusto del conocimiento para explicar los niveles de complejidad entre una célula procariótica y una eucariótica, a través del análisis de la comparación de la estructura y función de la unidad básica de los seres vivos: La célula. Las actividades aquí diseñadas te invitarán a participar, debatir, a trabajar en equipo, a opinar, a obtener conclusiones, a comunicar tus ideas, reformular conceptos, respetar las ideas de los demás compañeros, ser solidario, cooperativo y a autoevaluarte. 2 PROBLEMÁTICA SITUADA El nivel de avance científico-tecnológico logrado en los ámbitos de alimentación, medicina, contaminantes y drogas, ha permitido adentrarse en el estudio de cómo son y cómo funcionan las células, partiendo de la validación de hipótesis y el desarrollo de conclusiones. Existe un amplio debate en la sociedad sobre el trabajo de los científicos y tecnólogos; si bien se han logrado notables avances médicos y alimentarios, con la ciencia y la tecnología también se han desarrollado armas de destrucción masiva, el avance industrial ha elevado los niveles de contaminación de manera preocupante, y por supuesto para obtener beneficios económicos millonarios, con inversiones riesgosas. Para que tengas una idea de qué tan importante es estudiar las células te invito a lo siguiente: Imagínate, que nos encontramos de viaje, abrimos la puerta y entramos a un restaurante peculiar, nos dirigimos a una de las mejores mesas, se nos acerca un simpático y servicial mesero dándonos la bienvenida, ya cómodamente instalados, nos percatarnos que se escucha música “chik” de un quinteto de chavos tocando al fondo, así como sonidos de la gente riendo, niños gritando, se perciben los olores de, carne asada, cebolla, queso, miras a la derecha del lugar ves a los empleados trabajando muy duro en la preparación de los exquisitos platillos. Notas que no para de entrar y salir gente con paquetes de estos deliciosos alimentos, y te cometo: ¡uf!, ¡vaya qué actividad!, me recuerda a Las células, ¡sí! Las unidades básicas de la vida, también se encuentran en actividad permanente, como este acogedor restaurante. 3 1. TEORÍA CELULAR 1.1 contexto histórico de la teoría celular Te interesa el tema, continuamos con la plática y te comento lo siguiente: Si te das cuenta nuestro origen es a partir de una célula, ya que al unirse el espermatozoide y el óvulo, se lleva a cabo la fecundación dándose con ello una nueva célula que se multiplica y las células resultantes al diferenciarse dan lugar a nuestros tejidos, es decir, van adquiriendo la forma que les corresponde para cumplir una función determinada dentro de nuestro cuerpo. Hay que dejar en claro que no solo nosotros estamos formados por células sino todos los seres vivos, pero fíjate, lo interesante es que una sola célula tiene la característica de realizar las funciones que desarrolla un ser vivo, el respirar, nutrirse, crecer, reproducirse, etc…, así que si conocemos como funcionan las células podremos comprender como lo hace entonces nuestro cuerpo, ¿no lo crees?. Por ejemplo, con el conocimiento de esa información, en la actualidad los científicos manipulan las células para obtener ¡piel artificial viva!, ¿Alguna vez lo habías escuchado?, con el acelerado avance de la tecnología, no dudemos que en un futuro no tan lejano puedan manipular las células para esculpir formas de huesos, hígados, riñones y pulmones. También se hacen negocios con ellas, ¿qué sentirías si tus células las usaran para ganar dinero?, ¿aprovecharías el avance de la citología para tu propio beneficio?, bueno a todo esto, te preguntarás ¿y cómo fueron descubiertas estas células?, ¿quiénes fueron los pioneros en examinarlas?, ¿cómo es que si la mayoría son tan pequeñas cómo y con qué son estudiadas?. Sigues interesado y para despejar un poco esas preguntas comienzo por darte a conocer el contexto histórico de la Teoría celular: Afortunadamente ahora se sabe mucho acerca de la importancia de las células, de sus formas, de su función, cabe mencionar que no siempre ha sido así, los antiguos griegos, como Aristóteles y Teofrasto, tenían conocimientos de la estructura de los seres vivos, pero no se habían dado cuenta que estaban conformados de esas diminutas unidades llamadas células. Esto se debía principalmente por la carencia de instrumentos para observar estas estructuras tan pequeñas. Fue así que los primeros conocimientos sobre la célula se comenzaron a desarrollar a partir del siglo XVII por la creación de los microscopios. El primer instrumento contenía tan solo un juego de lentes que permitían observar una imagen un poco más amplia de los objetos. 4 Sabías qué 1 Fue hasta un siglo después que Anton van Leeuwenhoek (1632-1723) comenzó a mejorar el diseño del microscopio compuesto, (ver cuadro 1). Cabe mencionar, que no fue Leeuwenhoek quien utilizó por primera vez la palabra célula, sino el científico Roberto Hooke (1635- 1705) quien también realizó notables mejoras al microscopio compuesto, al rebanar un corcho y examinarlo. Observó y reportó haber visto pequeños poros y los llamó celdillas o células. Sin embargo, el microscopio no era el adecuado para lograr ver el contenido de esas celdillas. EL MICROSCOPIO COMPUESTO Y SUS PARTES Figura 1. Microscopio compuesto y sus partes. OCULAR: Está ubicada cerca del ojo del observador y es la lente que amplía la imagen del objetivo. OBJETIVO: Lente que ayuda a ampliar la imagen del objeto a observar. CONDENSADOR: Concentra la luz sobre la muestra. MICROMÉTRICO: Tornillo que permite el enfoque fino del objeto. REVOLVER: Disco giratorio que sostiene los objetivos y permite cambiarlos. DIAFRAGMA: Regula la cantidad de luz que incidirá sobre el condensador. BRAZO: Une el tubo con la platina. PLATINA: Superficie donde se coloca la muestra a observar. PIE O BASE: Soporte del microscopio. CABEZAL: se ubican los lentes oculares. TORNILLOS: Del tipo macro y micrométrico, ayudan a enfocar la muestra. REVOLVER: Se ubican los diferentes tipos de objetivos para que puedan ser seleccionados. CONDENSADOR: Sistema de lentes que concentra los rayos luminosos. DIAFRAGMA: Regulador de la cantidad de luz que pasa a través de la preparación. FOCO: Fuente de luz natural o artificial que permite las observaciones. Cuadro 1. El microscopio compuesto y sus partes. 5 Si quieres conocer más te invito a dirigirte al apartado del anexo para observar y analizar a través de la línea del tiempo cómo ha evolucionado el microscopio. 1.2. Postulados de la teoría celular En las primeras décadas del siglo XIX, ¡sí! Después de casi un siglo y medio, el uso del microscopio, impulsó a los biólogos a preguntarse si todos los seres vivos estarían compuestos por células. Fue que en 1691, Marcello Malpighi observó vasos capilares y los tejidos formados por células. Figura 2. Marcello Malpighi En 1824, un botánico francés llamado René Joachim Henri Dutrochet observó a través del microscopio celdillas rotas, al experimentar con cortes de plantas hervidas en ácido nítrico. En 1831, Robert Bown notó dentro de las células de la orquídea una pequeña esfera y la llamó núcleo. En 1835, Félix Dujardin observó una sustancia gelatinosa que la llamó “protoplasma”, notó que esa sustancia le servía al organismo unicelular para desplazarse. El siguiente gran paso en la observación de las células fue dado por Theodor Schwann. Además de observar las celdillas, interpretó su estructura y cambió la definición de célula, que muchos describían simplemente como paredes; trató de explicar qué había dentro de esas paredes y cuando miró en el microscopio pequeños cortes de animales, descubrió que alrededor de los núcleos había una estructura transparente limitada por paredes delgadas, fue entonces cuando pensó que aunque no eran idénticas a las células vegetales, debía existir un gran parecido y así supuso que el núcleo, la pared y la parte 6 gelatinosa eran parte de toda célula, ya fuera animal o vegetal, y que la pared gruesa era exclusiva de la célula en vegetales. Así fue como Schwann dio una nueva definición de célula y postuló que los cuerpos de plantas y animales están compuestos por células. Por esa misma época, el botánico alemán M. J. Schleiden, había llegado a la misma conclusión. En específico, Schwann y Schleiden que eran amigos, por un buen tiempo y de manera continua intercambiaban ideas. Hasta que en 1839, Theodor Schwannn señaló que los animales estaban formados por células. Al igual que Schleiden, schwann había observado a cientos de animales. Fue entonces que en 1839 Schwann publicó en su libro, la llamada Teoría celular y la expuso de esta manera: “Tanto plantas como animales están constituidos por células” Así que en ese mismo el libro de Schwann reconoce el origen de su teoría en el trabajo de Schleiden. Bueno, eso fue en aquel entonces, pero en los años posteriores a 1839, la teoría celular fue modificándose debido a los nuevos descubrimientos. Una vez formulada la Teoría celular, los científicos empezaron a preguntarse cuál era el origen de las células. Schwann pensaba que las nuevas células se formaban espontáneamente de la sustancia viva, como se forma un cristal. Pero otros investigadores habían visto lo que parecía una célula que se dividía en dos. En efecto, posteriormente en 1858, se comprobó que de una célula parental se originan dos células nuevas. Esto fue expresado de manera concisa por el biólogo alemán Rudolf Virchow, quien escribió “omnis cellula e cellula” (todas las células provienen de otras células”. La Teoría Celular, tal como se le considera hoy, puede resumirse en los siguientes postulados: Todos los seres vivos están formados por células o son células, con excepción de los virus. Dado que ninguno de los virus posee estructuras celulares y, sobretodo, ninguno tiene autonomía metabólica, por lo que no son considerados células. 7 Todas las reacciones metabólicas ocurren a nivel celular. Todas las funciones químicas y fisiológicas básicas, por ejemplo, el crecimiento, la respiración, la inmunidad, la comunicación, el movimiento y la digestión ocurre al interior de la célula. Las encargadas de la actividad en la célula son las estructuras básicas de la célula que incluyen los organelos, membrana plasmática y si se encuentra presente el núcleo. La célula es la unidad básica estructural y funcional principal de la vida. La célula es portadora de material genético que se transmite durante el proceso de la división celular. Toda célula es procedente de otra preexistente a través de la reproducción. ¡Interesante historia!, ¿no lo crees? Esta teoría en la actualidad es muy importante, es considerada uno de los pilares de la biología, porque nos demuestra que todos los seres vivos tenemos muchísimo en común y nos unifica. 8 ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE 1 1. En el anexo se encuentra, La línea del tiempo que nos da a conocer de manera ordenada la secuencia de la mejora en la construcción del microscopio. Te pido busques información, ya sea en libros, páginas web, enciclopedias, etc. y escribas en el espacio correspondiente la información para completarla. 2. Con ayuda de la información que conforma la línea del tiempo indica para qué se utiliza el microscopio moderno de luz y después analiza lo siguiente, ¿Con un microscopio moderno de luz puedes examinar a una araña viva?. Piensa y explica qué harías para observar al espécimen bajo el microscopio. 3. Define con tus propias palabras la Teoría celular. 4. Completa correctamente los siguientes enunciados: a) Los seres vivos están formados por estas estructuras microscópicas elementales llamadas:___________ b) Permite aumentar o ampliar las imágenes de objetos y organismos no visibles a simple vista, así como para el estudio de las células:______________ c) Un postulado de la Teoría celular dice: “ Todos los organismos están constituidos de o son_____________ d) El Postulado de la Teoría celular dice “la célula es portadora de ______________ 9 AUTOEVALUACIÓN DEL APRENDIZAJE 1. En el anexo se encuentra, La línea del tiempo que nos da a conocer de manera ordenada la secuencia de la mejora en la construcción del microscopio. Te pido busques información, ya sea en libros, páginas web, enciclopedias, etc. para completarla. 2. Con la información de la línea del tiempo indica para qué se utiliza el microscopio moderno de luz y después analiza lo siguiente, ¿Con un microscopio moderno de luz puedes examinar a una araña viva?. Piensa y explica qué harías para observar al espécimen bajo el microscopio. Un microscopio de luz utiliza dos o más lentes para aumentar los objetos y se pueden usar para observar células vivas y organismos pequeños, así como para observar células preservadas, además que pueden aumentar hasta 1 500 veces, por lo que no se podría examinar una araña viva ya que se requieren de cortes muy finos de sus tejidos para su mejor estudio. 3. Define con tus propias palabras la Teoría celular. Todos los seres vivos están formados por células o son células, con excepción de los virus. Dado que ninguno de los virus posee estructuras celulares y, sobretodo, ninguno tiene autonomía metabólica, por lo que no son considerados células. Todas las reacciones metabólicas ocurren a nivel celular. La célula es la unidad básica estructural y funcional principal de la vida. La célula es portadora de material genético. Toda célula es procedente de otra preexistente. 4. Completa correctamente los siguientes enunciados: e) Los seres vivos están formaos por estas estructuras microscópicas elementales llamadas:___________ Células f) Permite aumentar o ampliar las imágenes de objetos y organismos no visibles a simple vista, así como para el estudio de las células:______________ Microscopio g) Un postulado de la Teoría celular dice: “ Todos los organismos están constituidos de o son_____________ Células h) El Postulado de la Teoría celular dice “la célula es portadora de ______________ Material genético 10 RESUMEN Se ignoró por muchos años que los seres vivos estamos constituidos por células, ya que era imposible observar estructuras tan pequeñas por no disponer de instrumentos, como el microscopio. A lo largo del desarrollo de la ciencia se han descubierto las células y a su vez se han estudiado, ello se ha logrado por la invención y mejora del microscopio. Ahora afortunadamente se dispone de instrumentos que por su alta tecnología se pueden inclusive observar las moléculas. Varios científicos han aportado con sus descubrimientos a la Teoría celular, que fue postulada en el siglo XVII, por Schwann y Schleiden, la cual dice que los seres vivos estamos conformados por células ya que es la unidad básica estructural y funcional para la vida así como que precede de otra ya existente. 11 Ahora sabemos que es fundamental conocer el avance de la microscopia electrónica porque nos permite, observar y estudiar la estructura y función en cada tipo de célula. Ya sea para prevenir o bien tratar una enfermedad como por ejemplo, algunas enfermedades genéticas o hereditarias, la diabetes, o bien, producir las células madre clonando células humanas como un posible tratamiento para muchas enfermedades distintas o conocer las células cardiacas para reemplazar el tejido muerto durante un infarto, lograr ayudar a las personas con problemas de infertilidad, si el término infertilidad es nuevo para ti, te sugiero leer el artículo “La IMSI incrementa el éxito de embarazo en casos de infertilidad masculina”, que se ubica en el apartado fuente de información recomendada. En ese momento viene a mi memoria y recuerdo que leí en un periódico el siguiente caso: Ron Harris fotógrafo que realizaba videos para Playboy creó un sitio de Internet (llamado Ron´s angels) en el que subasta óvulos fértiles de bellísimas modelos con la finalidad de ser implantados en madres menos agraciadas pero con el dinero suficiente, claro cabe mencionar que un óvulo en buen estado puede llegar a costar hasta 150 000 dólares sin contar los gastos médicos. Harris defiende su negocio bajo el argumento de que es un ejercicio de libre empresa en el que las bellas donadoras pueden obtener un beneficio sin hacer daño a nadie. Como notarás si conocemos la célula, comprenderemos cómo funciona el organismo, el verdadero origen de las enfermedades y los procesos en que se fundamenta la vida misma. En ese instante nos interrumpe Pepe el amable mesero para colocar sobre la mesa el postre, al retirarse pruebas tu helado de sabor estilo napolitano y con un gesto expresas que está delicioso, me invitas a hacer lo mismo y retomamos el caso, te pregunto si tuvieses la posibilidad económica, el interés y la tentación de invertir en el negocio de la compra de óvulos, previo a invertir te informarías ¿no?, me das la razón y sugerimos que para comenzar la investigación, entonces debemos considerar el responder las siguientes preguntas: ¿qué es una célula?, ¿Existen diferentes tipos de células? , ¿Qué tipo de célula es la que comprarías?, ¿cómo es su organización y funcionamiento de las subestructuras celulares que la conforman?. Uufff!!!, sí todo eso. Bueno, entonces al terminar de consumir nuestros exquisitos alimentos decidimos retirarnos del tan acogedor restaurante, ya rumbo a nuestro destino decidimos ponernos de acuerdo para realizar nuestra investigación y comenzar lo más pronto posible. 12 2 ORGANIZACIÓN Y FUNCIONAMIENTO DE LAS SUBESTRUCTURAS CELULARES EN PROCARIONTES Y EUCARIONTES. 2.1 Características de los tipos celulares procariontes y eucariontes Al día siguiente, a través del correo electrónico te envío las siguientes imágenes, y te pido las observes. Figura 3. Células epiteliales de la mucosa bucal Figura 4. Células nerviosas Figura 5. Células sanguíneas Figura 6. Células sexuales óvulo y espermatozoide Figura 7. Bacterias Como notarás hay una gran diversidad de todas ellas ¿qué diferencias encuentras entre ellas? Es cierto, presentan diversas formas, tamaños y funciones. Sabías qué 2 La capacidad de autorreplicarse es la principal característica que diferencia a los seres vivos del resto de las estructuras del universo. Todos los restantes elementos que se forman a su alrededor, tanto físicos como químicos, van destinados a este fin primordial, y son las propias leyes de la materia y la selección las que determinan aquellas formas que son adecuadas para la vida. Sabías qué 3 13 El principal problema al que se enfrentan las estructuras orgánicas es la dispersión de sus elementos. La solución fue encerrar los compuestos orgánicos y todas las estructuras dentro de una membrana, y así surgió lo que conocemos como unidad de la vida, la célula. Sabías qué 4 Como haz de recordar, la citología es la rama de la biología que estudia a las células y los citólogos han logrado grandes avances en el conocimiento celular. Han descubierto que hay una gran similitud entre las células. Todas están compuestas por moléculas que contienen en gran proporción de: carbón, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo y sulfuro. Veamos entonces ¿qué es una célula? Como ya hemos mencionado existe una gran diversidad de células, pero todas ellas guardan en común un esquema fundamental básico que garantiza su funcionalidad. Podemos considerar la célula como una unidad formada por una sustancia celular, el citoplasma, que se encuentra rodeado de una membrana celular, y que contiene en su interior un órgano rector, el núcleo, y una serie de elementos adicionales en forma de inclusiones que denominamos estructuras celulares. Sabías qué 5 Es importante mencionar que, las células que carecen de núcleo se llaman procariontes. Éstas son las células más simples que existen, no tienen un núcleo verdadero u organelos internos rodeados por membranas. Su ADN está concentrado en una región llamada nucleoide, que no está separada del resto de la célula por una membrana. La mayoría de las funciones metabólicas de los procariontes se llevan a cabo en el citoplasma. Este tipo de células nunca forman organismos multicelulares ya que cada célula forma un organismo entero, estos seres vivos pueden encontrarse en lugares como en nuestros intestinos, de hecho son los causantes de liberar un gas maloliente, ya que se alimentan de celulosa. Estos organismos, los conocemos como bacterias y los podemos encontrar en casi todos los lugares porque presentan una enorme diversidad y abundancia. 14 El resto de los organismos contienen núcleo y organelos unidos por membranas, lo cual permite a las diferentes partes de la célula especializarse en funciones diferentes, a éstas se les llaman eucariontes. En este grupo se encuentran las células de los animales y las plantas. El siguiente cuadro muestra algunas de las diferencias entre ambas células. DIFERENCIAS ENTRE CÉLULAS Tamaño (diámetro) ADN Envoltura nuclear Ribosomas Flagelos Otros organelos a los ribosomas y flagelos Procariótica Eucariótica Alrededor de 0.001 mm 0.01 a 0.1 mm Molécula simple “desnuda” Combinado con otras moléculas para formar cromosomas. ausente Presente presentes Presentes Presentes en algunas Presentes en algunas ausentes presentes Figura 8. Tipos de Bacterias. Figura 9. La célula vegetal Ejemplos Figura 10. Bacteria y sus partes. Figura 12. Paramecium. Organismo procarionte 15 Figura 11. La célula animal Figura 13. Organismos eucariontes El siguiente video te ayudará a conocer un poco más las marcadas diferencias entre éstas dos células. VIDEO DIFERENCIAS ENTRE UNA CÉLULA EUCARIONTE Y PROCARIONTE…… La evolución de las subestructuras celulares en los organismos eucariontes permitió que la célula se dividiera en compartimentos. Con el fin de conocer su forma, te presento el siguiente esquema de una célula animal y vegetal, analízalas y comienza a ubicar los diversos organelos. Figura 14. Esquema de una célula vegetal y una célula animal Interesante ¿no?, es importante que te mencione que los esquemas de la célula animal como vegetal que aquí te presento. En la realidad, no existen ya que, más adelante te darás cuenta que hay organelos o estructuras presentes o ausentes en las diferentes células de acuerdo a las funciones que desempeñen. Te recuerdo que estamos investigando y hasta este momento es muy posible que puedas contestarte las preguntas ¿qué tipo de célula comprarías?, ¿procariota o eucariota?, ¿animal o vegetal?. ¡correcto!. Bueno continuemos. Con la siguiente información vamos a analizar la función de cada organelo de las células eucarióticas. 16 ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE 2 1. Escribe con tus propias palabras el concepto de célula. 2. Entre las células procarióticas y eucarióticas hay diferencias fundamentales en cuanto a tamaño y organización interna. Las procariotas, son las células más simples que se conocen. Las células eucarióticas son más evolucionadas y conforman a la mayoría de los organismos vivos. Con la información que te describe el video, la investigación que llevarás a cabo y con el apoyo de la tabla 1 (anexo), completa el cuadro con las diferencias más destacables entre las células procarióticas y procarióticas. célula Característica Procariótica Tipos de organismos Organización Tamaño Citoplasma Organelos ADN Núcleo 17 Eucariótica 3. Observa con cuidado los esquemas de la célula animal y vegetal y anota con una √ si la subestructura celular está presente y una X si está ausente. Célula Subestructura celular Animal Núcleo Nucleolo Membrana celular (plasmática) Retículo endoplasmático liso Retículo endoplasmático rugoso Ribosomas Aparato de Golgi Lisosomas Gran vacuola Vacuolas y vesículas Mitocondrias cloroplastos Centriolos Pared celular Citoesqueleto 18 Vegetal AUTOEVALUACIÓN DEL APRENDIZAJE 1. Escribe con tus propias palabras el concepto de célula. La célula es considerada como la unida fundamental y mínima de un organismo capaz de actuar de manera autónoma. 2. Entre las células procarióticas y eucarióticas hay diferencias fundamentales en cuanto a tamaño y organización interna. Las procariotas, son las células más simples que se conocen. Las células eucarióticas son más evolucionadas y conforman a la mayoría de los organismos vivos. Con la información antes mencionada, la que te describe el video y la investigación que llevarás a cabo, completa el cuadro con las diferencias más destacables entre las células procarióticas y eucarióticas. célula Característica Procariótica Eucariótica Tipos de organismos Los pertenecientes al reino monera Forman parte de los reinos: Protista, Animalia, plantae y fungi. Organización unicelular Pluricelular y algunos unicelulares Tamaño Alrededor de 0.001 mm 0.01 a 0.1 mm Citoplasma presente presente Organelos Pared celular, flagelos, membrana plasmática, cromosoma circular, ribosomas. 19 Pared celular en eucariotas vegetales, algunos cuantos tipos de plantas presentan esperma flagelado, membrana plasmática, cromosomas lineales, envoltura nuclear, nucléolo, mitocondrias, cloroplastos en células vegetales, ribosomas, RE, aparato de Golgi, lisosomas, plástidos solo presente en las células vegetales, vacuola central presente en célula vegetal, otras vesículas y vacuolas, citoesqueleto, centriolos. ADN presente presente Núcleo ausente presente 3. Observa con cuidado los esquemas de la célula animal y vegetal y anota con una √ si la subestructura celular está presente y una X si está ausente. Célula Subestructura celular Animal Vegetal Núcleo √ √ Nucleolo √ √ Membrana celular (plasmática) √ √ Retículo endoplasmático liso √ √ Retículo endoplasmático rugoso √ √ Ribosomas √ √ Aparato de Golgi √ √ Lisosomas √ √ Gran vacuola x √ Vacuolas y vesículas √ √ Mitocondrias √ √ cloroplastos x √ Centriolos √ x Pared celular x √ Citoesqueleto √ √ 20 2.2 Estructura y función celular Enseguida te describiré con más detalle la estructura y función de los organelos de las células, te los presento agrupados conforme a la función que desempeñan. Material Genético Comencemos con el MATERIAL GENÉTICO, aquí veremos las características del núcleo y del nucleoide. El núcleo El núcleo (figura 7) es, uno de los componentes esenciales de toda célula viva. Es un cuerpo esférico, que contiene en su interior un líquido llamado núcleoplasma. Está separado del citoplasma por una envoltura nuclear, de composición semejante a la membrana celular, el agua constituye hasta el 90% del volumen del núcleo; existen además sustancias como proteínas, lípidos, ácidos nucleicos y algunas sales minerales; presenta un gran número de poros que permiten el intercambio de diversas sustancias con el citoplasma. El núcleo de una célula se encarga de dirigir y provocar toda la actividad que ocurre en el citoplasma, cuando la célula está en la etapa de reproducción celular la membrana celular desaparece y el contenido se libera en el citoplasma, es por ello que en esa etapa no es posible observar en núcleo. El siguiente esquema muestra las estructuras que lo conforma: Figura 15. El núcleo En el núcleoplasma se encuentra la cromatina que es el conjunto total de ADN y sus proteínas asociadas, es decir es la sustancia portadora de los factores de herencia; está formada por ADN y gran cantidad de proteínas. 21 Sabías qué 6 Cuando la célula está lista para su reproducción la cromatina se transforma en estructuras llamadas Cromosomas, y al terminar la etapa reproductiva se vuelven a cambiar a cromatina. Los cromosomas, son filamentos de ácido desoxirribonucleico (ADN y ARN) llevan codificada la información genética, es decir, las instrucciones para fabricar todos los componentes del organismo, ya sea unicelular o pluricelular. En el caso de los humanos, hemos creído durante mucho tiempo que se heredan ciertas características físicas, tales como el color de la piel y de los ojos, también hay evidencia que demuestra que las personas heredan más potencial para desarrollar ciertas características que otras. Coincido contigo, la herencia en humanos es en realidad muy compleja. Imagina que los óvulos que estás por comprar son de una chica que tiene un defecto genético y que en un futuro se pondrá muy enferma. ¿haz considerado que sería posible predecir la condición genética de tu futuro hijo?, ¿O prefieres aceptar cada día tal como viene? Dentro del núcleo de células del cuerpo humano hay una copia completa de todo el Genoma Humano. La mayoría de la gente no es consciente de su herencia genética. Sabías qué 7 ¿Qué ocurriría si faltara un cromosoma completo o una parte de un cromosoma del conjunto?, ¿Qué ocurriría si hubiera un cromosoma adicional?. Por estas razones, es recomendable predecir la estructura genética de tu futuro niño. ¿Cómo lo harías? Las pruebas genéticas se están convirtiendo en algo común. Sabías qué 8 Otra estructura importante del núcleo, es el nucléolo de forma esférica y aspecto esponjoso. En los eucariontes es el sitio de síntesis y procesamiento del ARN ribosomal y del ensamblado de las subunidades del ribosoma, es el encargado de sintetizar proteínas, y el nucleoide es una estructura grande, compacta y carente de membrana que contiene el ADN de las células procarióticas, además, el nucleoide condensa el ADN, muchas moléculas de ARN y enzimas como la ARN polimerasa, además de proteínas básicas (tipo histona). En general, se puede mencionar que la función del núcleo es: 22 Almacenar información hereditaria de cada organismo ya que contiene las instrucciones exactas y específicas para la construcción de sus proteínas. Esto significa que cada uno de nosotros tenemos las características propias de nuestra especie por nuestro ADN. Cuando es momento de la reproducción se lleva a cabo la replicación o copia del ADN, para formación de las células hijas. Transcripción o copia del ADN, con la finalidad de formar ARN mensajero que se encargará de dirigir la síntesis de proteínas que son indispensables para la célula. Sabías qué 9 23 ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE 3 1. Investiga los nombres de las partes que conforman a un cromosoma y escríbelos sobre la línea. Figura 16. Partes de un cromosoma 2. En cualquier libro de biología que contenga el tema de reproducción celular y en específico el subtema de la mitosis encontrarás ¿en qué etapa de la mitosis se forman las cromátidas hermanas?. 3. Recuerdas que se mencionó que es posible hacer pruebas genéticas, y que con la prueba prenatal existe la posibilidad de buscar desórdenes genéticos como el Síndrome de Down ya que se examinan las células del feto, además se examina a los futuros padres en busca de alelos recesivos defectuosos. Si tu futuro descendiente está en riesgo de desarrollar una enfermedad, la prueba genética te ofrece la oportunidad de tomar acciones preventivas. Menciona solo tres de esas acciones: 24 4. Lee con atención el siguiente texto: ¿Un instrumento para la discriminación? Algunas personas se preocupan de que las pruebas genéticas tienen el potencial de ser usadas para discriminar a aquellos que tengan problemas genéticos. Los seguros médicos pueden usar la información genética para negarse a cubrir a las personas que tengan genes asociados con enfermedades. Muchos desórdenes hereditarios ocurren con mayor frecuencia dentro de ciertos grupos étnicos. Estos grupos pueden sentir que estos programas de investigación tienen un sesgo racial. La precisión en las pruebas prenatales son con frecuencia un problema, y causan traumas a los futuros padres. La preocupación por los derechos civiles y la nueva genética ha llevado a la promulgación de leyes para proteger la privacidad de las personas. Los métodos que utilizan en las pruebas genéticas deben ser muy precisos debido a las serias consecuencias que éstos tienen. En pequeños equipos analicen el tema y discutan ¿Por qué es importante, tanto para la donadora de óvulos como para el padre someterse a la prueba prenatal? 5. Aplica lo que aprendiste del tema. Tú sangre es un tejido compuesto de líquido, células y fragmentos de células, uno de estos componentes son los glóbulos rojos que son células redondas con forma de disco, su característica es transportar oxígeno y algo de dióxido de carbono; carecen de núcleo y ADN durante su etapa de madurez. Es decir, los glóbulos rojos humanos tienen núcleo sólo durante su estadio temprano de desarrollo; contienen hemoglobina. El núcleo se pierde cuando la célula entra al torrente sanguíneo. Como resultado, los glóbulos rojos tienen un tiempo de vida limitado. Ellos permanecen activos en el torrente sanguíneo por tan sólo 120 días después de los cuales se descomponen y son removidos como desechos. 25 Con apoyo de la información anterior y tu investigación, explica ¿por qué estas células mueren después de un límite de 120 días en el torrente sanguíneo? 26 AUTOEVALUACIÓN DE APRENDIZAJE 3 1. Investiga los nombres de las partes que conforman a un cromosoma y escríbelos sobre la línea . Figura 17. Partes de un cromosoma 2. En cualquier libro de biología que contenga el tema de reproducción celular y en específico el subtema de la mitosis encontrarás ¿en qué etapa de la mitosis se forman las cromátidas hermanas?. En la profase 3. Recuerdas que se mencionó que es posible hacer pruebas genéticas, y que con la prueba prenatal existe la posibilidad de buscar desórdenes genéticos como el Síndrome de Down ya que se examinan las células del feto, además se examina a los futuros padres en busca de alelos recesivos defectuosos. Si tu futuro descendiente está en riesgo de desarrollar una enfermedad, la prueba genética te ofrece la oportunidad de tomar acciones preventivas. Menciona solo tres de esas acciones: Hay varias acciones a considerar, entre ellas por ejemplo, podemos mencionar que en caso de una enfermedad del corazón, la persona deberá practicar ejercicio, dejar de fumar y comer alimentos bajos en grasas con el fin de extender su esperanza de vida; las pruebas también permiten comenzar un tratamiento a tiempo en casos como el cáncer de seno, lo cual puede salvar vidas. También nos puede ayudar a encontrar órganos compatibles en caso de que sea necesario un trasplante. 27 4. Lee con atención el siguiente texto: ¿Un instrumento para la discriminación? Algunas personas se preocupan de que las pruebas genéticas tienen el potencial de ser usadas para discriminar a aquellos que tengan problemas genéticos. Los seguros médicos pueden usar la información genética para negarse a cubrir a las personas que tengan genes asociados con enfermedades. Muchos desórdenes hereditarios ocurren con mayor frecuencia dentro de ciertos grupos étnicos. Estos grupos pueden sentir que estos programas de investigación tienen un sesgo racial. La precisión en las pruebas prenatales son con frecuencia un problema, y causan traumas a los futuros padres. La preocupación por los derechos civiles y la nueva genética ha llevado a la promulgación de leyes para proteger la privacidad de las personas. Los métodos que utilizan en las pruebas genéticas deben ser muy precisos debido a las serias consecuencias que éstos tienen. En pequeños equipos analicen el tema y discutan ¿Por qué es importante, tanto para la donadora de óvulos como para el padre someterse a la prueba prenatal? Recuerda retomar todos los aspectos abordados en el núcleo temático 5. Aplica lo que aprendiste del tema. Tú sangre es un tejido compuesto de líquido, células y fragmentos de células, uno de estos componentes son los glóbulos rojos que son células redondas con forma de disco, su característica es transportar oxígeno y algo de dióxido de carbono; carecen de núcleo y ADN durante su etapa de madurez. Es decir, los glóbulos rojos humanos tienen núcleo sólo durante su estadio temprano de desarrollo; contienen hemoglobina. El núcleo se pierde cuando la célula entra al torrente sanguíneo. Como resultado, los glóbulos rojos tienen un tiempo de vida limitado. Ellos permanecen activos en el torrente sanguíneo por tan sólo 120 días después de los cuales se descomponen y son removidos como desechos. 28 Con apoyo de la información anterior y tu investigación, explica ¿por qué estas células mueren después de un límite de 120 días en el torrente sanguíneo? Al entrar la célula al torrente sanguíneo, pierde el núcleo, por lo tanto, se limita su tiempo de vida durando tan solo 120 días. 29 Sistema de Membranas Como sabes tanto tú como la posible donadora, producen células sexuales, los gametos. En el caso de ella sus gametos se llaman óvulos y necesariamente requiere de los gametos masculinos para que se logre la fecundación, y tener como resultado una célula llamada cigoto, es entonces que a partir de ese momento dicha célula se desarrolla por medio de la mitosis para formar un bebé. Es un poco complicado pensar que nueve meses antes de tener en brazos a un bebé recién nacido, era ¡una sola célula!. Imagínate, que tienes en brazos a tu futuro bebé y te das cuenta que lo forman millones de células. Sabías qué 10 Esas células además de que contienen el material genético, presentan otras subestructuras celulares igual de importantes para su desarrollo. Esas estructuras son las que conforman el sistema de membranas: Membrana celular o plasmática. La Membrana celular o plasmática figura 7, es una estructura importante de la célula, consta a partes iguales de lípidos y proteínas. Es una delgada estructura en forma de doble capa, se dice que es selectivamente permeable, ya que impide el paso de determinadas sustancias, pero permite el de otras. Así puede cumplir su doble función: aislar frente al entorno (evitando perder componentes valiosos), y que sustancias de desecho, como el exceso de agua salgan y acceder a los nutrientes y oxígeno (elementos necesarios para sintetizar la materia orgánica). Es decir, la membrana plasmática ayuda a mantener el balance químico de la célula. 30 Figura 18. Partes de la membrana plasmática. Como se observa en la figura anterior. Las membranas celulares están constituidas hasta por un 60% de agua y dos capas de lípidos, entre las cuales se insertan algunas proteínas. En cuanto su estructura componentes principales: química, la membrana celular contiene tres Cada capa está compuesta por una hoja de moléculas de lípidos (fosfolípidos). Los fosfolípidos están constituidos por una cabeza hidrófila y dos colas hidrófobas, ambas capas de fosfolípidos se ubican con las cabezas hacia fuera y las colas hacia adentro. Es decir que la parte media de la membrana es grasosa y los hidrófilos están dirigidos hacia el agua ya sea al interior o exterior de la célula. Las moléculas de proteínas se encuentran acomodadas de diversas formas y se encuentran incrustadas entre la bicapa de lípidos, las integrales atraviesan toda la membrana y las periféricas se encuentran en solo una de las superficies parcialmente sumergidas en la membrana, ya sea adentro o afuera. Las proteínas transportan moléculas, otras participan en la comunicación celular, o simplemente son receptoras de señales moleculares, se ha comprobado que existe una pequeña cantidad de carbohidratos en las membranas y se localiza en la parte externa, se conocen como 31 glucolípidos y glucoproteínas, cada célula tiene en específico ciertas glucoproteínas, ello implica que como cada persona tiene muy en específico estas proteínas, se pueda manifestar un problema de rechazo al realizar un injerto o bien definen el tipo de sangre. Las interrupciones en el acomodo o secuencia de estas capas de moléculas son las que forman los poros y están dispersos a lo largo de toda la membrana. El artículo “centímetros de piel para salvar vidas”, te ayudará a entender la gran importancia y los beneficios de realizar un injerto de piel. También te invito a leer un artículo muy interesante acerca de los efectos negativos que causan las drogas en las células, el título del artículo es “La cocaína y la química cerebral” (para la búsqueda, de ambas lecturas sugeridas, ver el apartado fuente de información recomendada) La membrana celular plasmática, también lleva a cabo un mecanismo homeostático, a través de diversos procesos como lo es la: Difusión Ósmosis Diálisis Es cuando se mezclan dos sustancias de distinta concentración, la más concentrada (hipertónica) avanza o se dispersa hacia la menos concentrada (hipotónica), debido a que la energía cinética de las partículas sigue los gradientes de concentración hasta que la concentración se iguala (isotónica). Es cuando se lleva a cabo el paso de moléculas de sustancias que se disuelven, a través de los poros de una membrana permeable. Es el proceso de difusión a través de una membrana permeable de distintos solutos, en el que pueden separarse las moléculas de unas sustancias de las otras gracias a la diferente velocidad de difusión de cada una. 32 Figura 19. Procesos del mecanismo homeostático. Enseguida te muestro de manera muy sintetizada, las diferentes funciones que lleva a cabo la membrana plasmática. Analiza el siguiente esquema, en él se explica el proceso de intercambio de sustancias a través de la membrana plasmática: 33 Figura 20. Intercambio de sustancias en la membrana plasmática. Para que comprendas un poco más como funciona la membrana celular al llevar a cabo el proceso de intercambio de sustancias, te reto a realizar un sencillo EXPERIMENTO en casa. Animación Pared Celular La pared celular también forma parte del sistema de membranas. Solo que se encuentra en casi todas las células bacterianas, vegetales, algas y hongos, esta capa es externa a la membrana plasmática es una capa rígida y gruesa. Su función es proporcionar sostén, mantiene la forma y protege a las células de los daños mecánicos, pero también limita de alguna manera el movimiento celular y la entrada y salida de materiales. Curiosidad biológica…. En la mayoría de los casos la célula secreta sustancias al exterior de la membrana plasmática y forma una estructura fuerte llamada “pared primaria”. Es muy laxa y crece conforme crece la célula. Mientras que la “pared secundaria”, es mucho más rígida y se forma cuando la célula deja de crecer. Su grosor varía ya que continuamente se va depositando nuevo material y se va removiendo el viejo. En las capas que conforman la pared secundaria la orientación de microfibrillas de celulosa y hemicelulosa es totalmente diferente, y ello hace que tenga rigidez ver figura 12. 34 Figura 21. Pared celular vegetal La célula, lleva a cabo diferentes funciones como elaborar esas biomoleculas que requiere para su propio consumo o para ser transportadas a otras partes en donde se requieran. La elaboración y transporte de biomoléculas se llevan a cabo en diversos organelos, veamos a cada uno de ellos: Retículo endoplasmático Dentro de las células eucariontes se encuentra el retículo endoplasmático es una estructura membranosa, semejante a un sistema de canales y sacos aplanados que forma una especie de red, por donde circulan las moléculas que se van sintetizando, ocupa la mayor parte del interior de la célula, su función es que actúa activamente en la síntesis de proteínas, permite la circulación intracelular de sustancias por medio de transporte pasivo, activo, invaginaciones, evaginaciones, etc., distribuye los productos elaborados por la célula. Su tamaño depende de su estado fisiológico, bioquímico y del tipo de célula en la que se encuentre. En casi todas las células el retículo endoplásmico parte desde la membrana nuclear y puede alcanzar la membrana plasmática y además tener conexiones con el aparato de Golgi. Hasta ahora se conocen dos tipos de retículo endoplásmico: el liso y el rugoso. 35 Por ejemplo, el sitio en donde se lleva a cabo la producción de insulina, es en el RER ya que ahí se encuentran los ribosomas que están sintetizando esta proteína. Ribosoma Se ha mencionado el término Ribosoma, describámoslo entonces, el ribosoma, tiene forma esférica y está constituido por pequeñas partículas compuestas de ARN ribosomal y dos unidades de proteínas. Se forma en el retículo endoplásmico de acuerdo con las instrucciones del ADN nuclear, realiza la síntesis de proteínas. Se encuentra disperso en el citoplasma o asociado al retículo endoplásmico rugoso. Se produce una copia de ADN y es la molécula de ARN mensajero que arma las proteínas que se requieren, de acuerdo a las instrucciones del ADN acomoda los aminoácidos en el orden específico para cada proteína, ello implica que en los ribosomas se pueden armar los miles de proteínas diferentes que requiere la célula. Para una mejor explicación retomemos el ejemplo de la producción de insulina, supongamos que se requiere de la producción de la proteína llamada insulina en las células que conforman el páncreas con la finalidad de distribuirla a través de la sangre y se dirija a todas las partes del organismo. Para que se lleve a cabo este proceso en el ribosoma, se requiere de producir una copia del gen de la insulina para comenzar a producir dicha proteína. En la siguiente figura se observa la ubicación del RER, REL y ribosomas, además de mostrar la conexión con la membrana del núcleo. 36 Figura 22. Retículo endoplásmico rugoso y liso Aparato de Golgi Se le conoce también como complejo de Golgi figura 12. Es un sistema de sacos aplanados muy juntos llamados “discoidales” o cisternas que reciben proteínas, recién sintetizadas y lípidos del Retículo Endoplásmico, para distribuirlos hacia la membrana plasmática. Se localiza cerca del núcleo celular, y otras estructuras celulares. Las proteínas envueltas en vesículas se transfieren del RE al aparato de Golgi al llegar a ésta estructura las proteínas se modifican químicamente, también se forman glúcidos y juntos ahí se vuelven a empacar en otras estructuras llamadas vesículas para llegar a su destino final, aquí se forma la pared de todas las células vegetales e interviene en el transporte y acumulación de muchas sustancias. Está formado por tres compartimentos. Figura 23. Aparato de Golgi 37 Así entonces para la producción de la insulina, en el aparato de Golgi se prepara la proteína para ser enviada fuera de la célula pancreática hacia el flujo sanguíneo. Entonces podemos decir que la elaboración y transporte de proteínas indispensables para el organismo se llevan a cabo al conjuntarse la acción del RER que tiene sobre sí los ribosomas y el aparato de Golgi. Lisosomas Otras estructuras presentes son los conocidos como, lisosomas figura 13, estos son organelos muy parecidos a bolsas, se forman en el aparato de Golgi, están rodeadas de membranas para evitar que las enzimas digestivas ataquen y destruyan las proteínas celulares. Como se mencionó, en su interior contienen jugos digestivos que lo conforman, enzimas digestivas y su función es de llevar a cabo la digestión de las partículas alimenticias o bacterias y virus invasores. Son abundantes en las células encargadas de defender al organismo. Existe relación entre los lisosomas y las vacuolas, ya que los lisosomas vierten su contenido en ellas con la finalidad de degradar su contenido. Vacuolas Algo interesante que debes saber es que las vacuolas figura 13, se encuentran tanto en células animales como vegetales, recuerda que no todos los organelos que estás conociendo se encuentran en una sola célula, sino que se encuentran solo ciertos organelos dependiendo del tipo de célula y la función que desempeña. A continuación te describo estas estructuras, tienen forma de pequeñas bolsas en las cuales se almacenan productos como alimentos, enzimas y otros materiales que la célula necesita o bien en algunos animales unicelulares sus vacuolas se encargan de almacenar los productos de desecho como el exceso de agua para posteriormente ser desechada. 38 En el caso de las células vegetales, tienen una sola vacuola de gran tamaño ya que en ella se almacena una gran cantidad de agua y otras sustancias como pigmentos, proteínas, azúcar, etc., en cuanto a tamaño, abarca aproximadamente el 90% del volumen de este tipo de célula, grande ¿no?. Vesículas Por otro lado, las vesículas figura 13, diminutas bolsas membranosas que se forman a partir de las membranas del retículo endoplasmático, del aparato de Golgi y de la membrana plasmática, junto con su contenido (biomoléculas y partículas atrapadas en el medio externo) se desplazan sobre el citoplasma de la célula. Estos organelos están asociados con el aparato de Golgi para fusionarse con la membrana plasmática y llevar a cabo la liberación de su contenido al medio exterior. En el siguiente mapa conceptual se indica que se forman a partir de diversas membranas y los diferentes tipos que se conocen. Observa la siguiente figura, ahí se muestra la conexión entre el núcleo, RER, REL, ribosomas Complejo de Golgi, Vesículas, lisosomas y membrana plasmática. 39 Figura 24. Estructuras de una célula eucarionte 40 ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE 4 1. Analiza la siguiente información y utiliza tus conocimientos para contestar: Todos los organismos estamos sujetos a las variaciones permanentes de nuestro ambiente, por ello, es importante que nuestras células vivas mantengan un equilibrio bien controlado de las sustancias que entran y salen de ellas. Sin esta capacidad de control, la célula es incapaz de mantener la homeóstasis y muere. Por las características de permeabilidad selectiva que presenta la membrana plasmática a través del proceso de ósmosis en una solución hipertónica analicemos lo siguiente: “en los libros de cocina se sugiere que no se le eche sal a la carne antes de cocinarla” Anota una hipótesis para explicar: ¿Qué provoca la sal a las células que conforman el tejido de la carne? 2. Reflexiona y explica: Al ir de compras al mercado, y te diriges al área de frutas y verduras, te das cuenta que el tendero rocía con agua los productos que venden de manera que luzcan apetitosos y crocantes. Explica, ¿Por qué estos productos como lechuga, tomates, cilantro, etc. se marchitan cuando se las priva de agua? Para responder a esta pregunta considera que, las paredes celulares son muy fuertes y solo se encuentran en las células vegetales y su función es que ayudan a resistir la turgencia causada por la ósmosis. 41 3. Con el apoyo de la información previamente descrita, escribe los nombres de los organelos que contienen en su interior enzimas digestivas y explica que sucedería si estas estructuras se llegan a “romper” dentro de la célula. 42 AUTOEVALUACIÓN DE APRENDIZAJE 4 1. Analiza la siguiente información y utiliza tus conocimientos para contestar: Todos los organismos estamos sujetos a las variaciones permanentes de nuestro ambiente, por ello, es importante que nuestras células vivas mantengan un equilibrio bien controlado de las sustancias que entran y salen de ellas. Sin esta capacidad de control, la célula es incapaz de mantener la homeóstasis y muere. Por las características de permeabilidad selectiva que presenta la membrana plasmática a través del proceso de ósmosis en una solución hipertónica analicemos lo siguiente: “en los libros de cocina se sugiere que no se le eche sal a la carne antes de cocinarla” Anota una hipótesis para explicar: ¿Qué provoca la sal a las células que conforman el tejido de la carne? Tendríamos una carne seca y dura ya que al tener contacto la sal con la carne se forma una solución hipertónica y el agua del interior de las células se difunde hacia el exterior. 2. Reflexiona y explica: Al ir de compras al mercado, y te diriges al área de frutas y verduras, te das cuenta que el tendero rocía con agua los productos que venden de manera que luzcan apetitosos y crocantes. Explica, ¿Por qué estos productos como lechuga, tomates, cilantro, etc. se marchitan cuando se las priva de agua? Para responder a esta pregunta considera que, las paredes celulares son muy fuertes y solo se encuentran en las células vegetales y su función es que ayudan a resistir la turgencia causada por la ósmosis. 43 Las plantas se marchitan, porque las células pierden turgencia, es decir, la turgencia hace que la membrana plasmática y el citoplasma presionen hacia la pared celular, haciendo que la célula tenga rigidez, para darle forma y sostén a la planta que no es leñosa. Y al rociar el agua pura que es hipotónica la turgencia aumenta y se hinchan las células, esto significa que las plantas recuperan su turgencia. 3. Con el apoyo de la información previamente descrita, escribe los nombres de los organelos que contienen en su interior enzimas digestivas y explica que sucedería si estas estructuras se llegan a “romper” dentro de la célula. Lisosomas, vacuolas, vesículas. Cuando llegan a destruirse, sus enzimas quedan en el citoplasma, llegando a provocar la muerte de la célula. 44 Matriz Citoplasmática y componentes celulares. No olvidemos, que tanto nuestro óvulo como el espermatozoide, son células eucariontes, y que ambas contienen algunos de los siguientes organelos, conozcamos entonces la matriz citoplasmática y sus componentes celulares: Sabías qué 11 Citoplasma El citoplasma, abarca desde la membrana celular hasta la membrana nuclear, es una de las tres estructuras comunes que conforman a una célula, es un líquido claro, de aspecto gelatinoso con componentes químicos necesarios que la hace constar de fases como: - Dispersora líquida: formada principalmente por agua, iones y moléculas en disolución. - Dispersa o dispersada: formada por proteínas y grasas. El citoplasma hace posible que las estructuras celulares que sujeta, se formen a través de micromoléculas bien organizadas para que realicen sus funciones coordinada y eficientemente. Una de las cuestiones interesantes a mencionar es que en el citoplasma tanto de las células eucariontes como las procariontes, se llevan a cabo muchas reacciones químicas importantes como las síntesis de proteínas para formar una gran cantidad de orgánulos, algunos de ellos son comunes a todas las células y otros son exclusivos de las células vegetales. A continuación te presento algunos de éstos componentes celulares: 45 Comencemos con: Mitocondrias Las mitocondrias, son estructuras celulares comunes en las células eucariontes aerobias, por ejemplo, en el caso del espermatozoide que fecundará el óvulo que adquirirá, está constituido por una cabeza, una pieza central, que comúnmente conocemos como cuello y una cola. La cabeza contiene el material genético y un puñado de enzimas que lo ayudarán a penetrar el óvulo, mientras que en el cuello, hay una gran cantidad de mitocondrias que son las que proveen la energía para la locomoción y la cola, es un flagelo encargado de impulsar al espermatozoide, esta última estructura la describiremos más adelante, es preciso mencionar que las mitocondrias también se encuentran en los organismos procariontes. Regresemos a la descripción de las mitocondrias, estas se pueden encontrar en forma esférica o de bastoncillo, tanto en número y forma son variables, en cuanto a cantidad se encuentran en mayor proporción las granulares y alargadas llamadas de bastoncillo que miden un promedio desde 5 milimicras de diámetro y hasta 8 milimicras de longitud, cabe resaltar que en una célula se pueden encontrar distribuidas uniformemente y en cantidades numerosas dependiendo la función que desempeñen. Como se observa por ejemplo (figura 24), las mitocondrias de un organismo procarionte, están formadas por un sistema de doble membrana. Figura 25. Estructuras de la mitocondria de un organismo procarionte 46 Esta estructura provee a la célula de energía necesaria para llevar a cabo sus funciones vitales al descomponer las moléculas de alimento que ingiere la célula. Organelos para la locomoción y el movimiento En las células de los animales, en la membrana pueden aparecer diversas estructuras, siendo las principales los cilios que son “pestañas” prolongaciones de la membrana que principalmente se encuentran presentes en los organismos unicelulares y los flagelos son muy semejantes en estructura a los cilios, pero con la diferencia de que son un poco más largos y pueden presentarse en un muy inferior número dependiendo de su función, los pseudópodos, como formas variables y transitorias. Figura 26.cilios 1 figura 27. Flagelo 1 47 Figura 28. Sección transversal de un flagelo y cilio de Amoeba proteus Figura 29. Pseudópodos Citoesqueleto Aunque no lo creas la célula también tiene una estructura muy semejante a nuestros huesos, ¡sí! tiene un esqueleto que la sostiene, contiene proteínas que forman fibras muy delgadas, entre los que destacan los filamentos intermedios, los microtúbulos y los microfilamentos: Figura 30. Citoesqueleto 48 Es muy diversa la función del citoesqueleto, primero que nada le da forma a la célula con la posibilidad de cambiar de forma cuando lo requiere. También es la causante de la contracción de las células por ejemplo de las células musculares o bien de las amibas, se encarga de organizar y transportar a los organelos en el citoplasma. Los microtúbulos y filamentos que la conforman son fundamentales para la reproducción de la célula, en el caso de las células animales forman al centriolo que tiene un papel importante para la división celular. Entonces ¿qué efectos crees que tendría una célula si se daña el citoesqueleto? Centriolos Muchas células eucarióticas presentan centriolos (figura 20). Los centriolos son un conjunto de dos estructuras cilíndricas dispuestos perpendiculares entre sí con un diámetro de 0.2 micrómetro, que contienen 9 tripletes de microtúbulos y que participan en la división celular, ya que el centrosoma es el principal organizador de microtúbulos conocido como el huso mitótico, que hace su aparición en el momento de la división celular, además está relacionado con el movimiento de los cromosomas. Figura 31. Centriolos Cloroplastos Y finalmente, aunque estas estructuras definitivamente no forman parte de las células que por el momento nos interesa conocer, es importante que las analicemos. Los cloroplastos son orgánulos citoplasmáticos que son exclusivos de las células vegetales fotosintéticas, son fundamentales en los organismos autótrofos. Su función principal es realizar la fotosíntesis, pero además forman 49 parte de la síntesis de aminoácidos y ácidos grasos, así como también proveen un espacio temporal para almacenar el almidón. Se considera un organelo semiautomático por que produce sus propias proteínas ya que tiene su propio ADN . Los cloroplastos contienen clorofila y pigmentos carotenoides, son de tamaño mayor en comparación a las mitocondrias y están rodeados por dos membranas una interna que posee invaginaciones que dan lugar a las laminillas, lamelas o tilacoides, entre las lamelas de los grana se encuentran los cuantosomas que son unidades captadoras de luz (fotosistemas), y otra externa que es lisa ver figura 21. La membrana interna encierra un espacio llamado estroma, en él de manera momentánea se almacenan los azúcares que se producen en la célula y las enzimas que se encargan de catalizar las reacciones del proceso de la fotosíntesis. La membrana tilacoidal forma unas vesículas discoidales y aplanadas que se superponen como pilas de monedas llamadas grana. En su interior se encuentran la clorofila (pigmento verde) que transforman la energía luminosa en energía química, que es aprovechada por la célula para realizar la fotosíntesis, y otros pigmentos de color blanco, amarillo, naranja, rojo, etc. La estructura interna del cloroplasto es como sigue: Figura 32. El cloroplasto 50 ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE 5 Señala la respuesta correcta: 1) Con el fin de encontrar un cloroplasto, ¿qué tipo de célula examinarías? Animal Hifas Vegetal Procariota 2) Es la estructura que utiliza la energía del sol para elaborar azúcares: Mitocondria Cilio Cloroplasto lisosoma 3) Tienen forma de látigos y les ayudan a la célula a transportarse de un lugar a otro: Cilios Tentáculos Dedos flagelos 4) Se encarga de delimitar a la célula animal con el exterior y proteger sus estructuras internas: a El citoesqueleto La pared celular La membrana plasmática La membrana nuclear 5) Se encarga de fabricar proteínas y en algunas células se puede encontrar en grandes cantidades: La mitocondria El citoplasma Las vacuolas El núcleo 51 6) Observa los siguientes esquemas y anota sobre las líneas el nombre de los orgánulos cuya función es el movimiento celular. Figura 33. cilios 2 7) Figura 34. flagelo 2 Figura 35. pseudópodos 2 Las mitocondrias son organelos que se encargan de desdoblar las moléculas de alimento para liberar energía que éstos contienen: Observa la siguiente ilustración: figura 36. La mitocondria 2 La membrana interna está muy plegada ¿verdad?, te invito a investigar, para que indiques la función de dicha membrana y expliques por qué su superficie es tan extensa. 52 8) Escribe dentro del cuadro cuales son las funciones de las mitocondrias y los cloroplastos: mitocondrias cloroplastos ¿Por qué a ambos se les considera transformadores de energía? 53 AUTOEVALUACIÓN DE APRENDIZAJE 5 Señala la respuesta correcta: 1) Con el fin de encontrar un cloroplasto, ¿qué tipo de célula examinarías? Animal Hifas √ Vegetal Procariota 2) Es la estructura que utiliza la energía del sol para elaborar azúcares Mitocondria Cilio √ Cloroplasto lisosoma 3) Tienen forma de látigos y les ayudan a la célula a transportarse de un lugar a otro: Cilios Tentáculos Dedos √ flagelos 4) Se encarga de delimitar a la célula animal con el exterior y proteger sus estructuras internas: √ a El citoesqueleto La pared celular La membrana plasmática La membrana nuclear 5) Se encarga de fabricar proteínas y en algunas células se puede encontrar en grandes cantidades: √ La mitocondria El citoplasma Las vacuolas El núcleo 54 6) Figura 33. Observa los siguientes esquemas y anota sobre las líneas el nombre de los orgánulos cuya función es el movimiento celular. cilios 2 cilios 7) Figura 34. flagelo 2 flagelo Figura 35. pseudópodos 2 pseudópodos Las mitocondrias son organelos que se encargan de desdoblar las moléculas de alimento para liberar energía que éstos contienen: Observa la siguiente ilustración: figura 36. La mitocondria 2 La membrana interna está muy plegada ¿verdad?, te invito a investigar, para que indiques la función de dicha membrana y expliques por qué su superficie es tan extensa. Los pliegues de la membrana interna se acomodan dentro de la mitocondria para que ésta ocupe un área muy pequeña. Los pliegues internos producen las moléculas de energía. 55 8) Investiga y escribe dentro del cuadro cómo las mitocondrias y los cloroplastos, llevan a cabo la producción de ATP. mitocondrias cloroplastos Todas las células eucarióticas tienen mitocondrias, que convierten la energía almacenada en los azúcares en ATP. Las células vegetales ( y algunos protistas) tienen además cloroplastos, que pueden captar energía directamente de la luz solar y almacenarla en moléculas Es posible liberar diferentes de azúcar, a través de la cantidades de energía de una fotosíntesis. molécula de alimento, dependiendo de la forma en Es decir, que las que se metaboliza. La membranas de los descomposición de las tilacoides contienen la moléculas de alimento se molécula del pigmento inicia con las enzimas del verde llamado clorofila (que citosol y no usa oxígeno. Este imparte el color verde a las metabolismo anaeróbico (sin plantas). Así como otras oxígeno) no convierte mucha moléculas de pigmento. energía alimentaria en energía Durante la fotosíntesis la de ATP. Las mitocondrias clorofila capta la energía permiten a la célula solar y la transfiere a otras eucariótica utilizar el oxígeno moléculas de las para descomponer aún más membranas de los las moléculas de alta energía. tilacoides. Estas moléculas, Estas reacciones aeróbicas a la vez, transfieren la (con oxígeno) generan energía al ATP y a otras energía con mayor eficiencia; moléculas portadoras de se genera 18 veces más ATP energía, las cuales se por medio del metabolismo difunden hacia el estroma, anaeróbico en el citosol. donde su energía se utiliza para sintetizar azúcar a partir de dióxido de carbono y agua. 56 ¿Por qué a ambos se les considera transformadores de energía? Porque las mitocondrias transforman la energía de química a cinética, mientras que los cloroplastos transforman la energía lumínica a química, además que ambas tienen ensambles de enzimas que sintetizan ATP, tal como lo necesitaría una célula independiente 57 RESUMEN Las estructuras comunes de las células son las consideradas como: la membrana celular, el citoplasma y el núcleo. La membrana celular está compuesta principalmente por agua, lípidos y proteínas, es la encargada de la homeostasis de la célula, ya que por su permeabilidad regula la entrada y salida de sustancias químicas para mantener en su interior las condiciones requeridas. El citoplasma está conformado principalmente también por agua, lípidos, proteínas, glúcidos y ácidos nucleicos. Resguarda a las estructuras celulares que la conforman. También allí se lleva a cabo el metabolismo celular. Los compuestos que conforman al núcleo son el agua, ácidos nucleicos, proteínas, lípidos y sales minerales. Ésta estructura es considerada una de las más importantes ya que es la que se encarga de dirigir todos los sucesos requeridos para mantener la actividad de la célula, ahí se encuentra la información genética. Está delimitado por una membrana y dentro de este se encuentra el nucléolo. Como se había mencionado previamente hay otras estructuras celulares como son el aparato de Golgi, las vesículas, las vacuolas, los lisosomas, los centriolos, y dependiendo de su función la presencia de estructuras de locomoción, las mitocondrias. Los organismos solo presentes en las células vegetales son los cloroplastos y la pared celular. 58 RECAPITULACIÓN Uuufff¡¡¡, hemos terminado nuestra investigación, a través de un mensaje te invito a tomar un rico café ya que es momento de reunirnos para platicar y concluir la investigación acerca de nuestro caso. Sentados en la mesa con una vista espectacular del jardín que se encuentra frente a nosotros, comenzamos a manifestar nuestras opiniones. Comienzo diciendo lo siguiente, a pesar de que nuestro cuerpo contiene billones de células, cada una de ellas realiza de manera independiente todas las funciones necesarias para existir. Muchas veces es imposible observarlas a simple vista ya que son muy pequeñas y por ello se requiere del uso de microscopios para realizar un examen celular. De mi bolso saco el siguiente esquema que resume de manera muy general los temas que abordamos en este material: Mientras lo lees, continuo hablando, el conocer a la célula nos permite conocer mayores detalles sobre su comportamiento, el estudiar su organización puede ayudar, por ejemplo, a ver cómo se pueden mejorar áreas del cuerpo que se han dañado por accidentes, envejecimiento, por enfermedades, conocer como al unirse dos de ellas se forma un nuevo ser, o bien como en el caso de la compra de óvulos, que hemos estado abordando, las personas involucradas pueden ser beneficiadas en muchos aspectos, como Ron Harris que publicó la 59 venta de las células de modelos y las propias donantes al tener un beneficio económico, a su vez las personas poco agraciadas que tienen la posibilidad económica de comprar material genético de mujeres con una característica física específica, por otro lado, también los investigadores toman un rol interesante manipulan las células de las personas involucradas haciéndolas crecer dentro de un tubo de ensayo y con ello logran que la ciencia siga avanzando. Este caso me genera una pregunta ética que podrías contestar con lo aprendido sobre estas unidades fundamentales de la vida ¿crees que las bellas donadoras estén obteniendo un beneficio sin hacer daño a nadie? 60 ACTIVIDADES DE CONSOLIDACIÓN Con apoyo de la información que se mencionó en este bloque, completa lo siguiente: 1. El instrumento óptico que ha permitido el estudio de las células se llama 2. Es la parte del microscopio que está ubicada cerca del ojo del observador y es la lente que amplía la imagen 3. Se plantearon la hipótesis de que tal vez todos los seres vivos, plantas y animales, estaban formados por células y que éstas eran la unidad fundamental de la vida. y 4. En 1858, dio a conocer que toda célula proviene de otra célula preexistente I. Entiende los conceptos y completa las siguientes oraciones al escribir en el campo la letra de la respuesta correcta. 1. Las células, según tengan o no organelos rodeados por membranas celulares se pueden clasificar en: a) b) c) d) Vegetal y animal Animal y eucarionte Eucarionte y procarionte Vegetal y eucarionte 2. Si requieres de estudiar un cloroplasto ¿qué tipo de célula examinarías? a) b) c) d) Animal Vegetal Eucarionte Procarionte 3. Son las células que presentan un núcleo y estructuras celulares, algunas tienen pared celular, además de una membrana plasmática que los rodea. a) b) c) d) Epiteliales Vegetales animales eucariontes 61 4. Organelo que tiene como función sintetizar proteínas: a) b) c) d) Mitocondria Vesículas Lisosomas Ribosomas 5. Es el organelo que se encarga de liberar energía cuando descompone las moléculas del alimento que ingiere la célula. a) b) c) d) Cloroplasto Mitocondria Aparato de Golgi RE II. Piensa en forma analítica y elabora en una hoja tamaño carta un mapa conceptual en donde ordenes los siguientes términos y frases. Coloca las palabras necesarias para unir los conceptos. Ribosoma nucléolo RE cromatina aparato de Golgi núcleo Te sugiero consultar en el anexo ¿cómo realizar un mapa conceptual? III. En el diagrama, da click sobre cada uno de los números que señalan a las estructuras, lee la función que llevan a cabo dentro de la célula y finalmente escribe dentro del campo el nombre que le corresponde a cada una de ellas. 62 1. 8. 2. 9. 3. 10. 4. 11. 5. 12. 6. 13. 7. # estructura función 1 Nucléolo Sintetiza ribosomas. 2 Núcleo Contiene cromosomas está delimitado por una membrana. 3 Ribosoma También es el sitio para síntesis de proteínas, se encuentran sobre el RER, y exportan hacia sus alrededores, incluyendo las enzimas digestivas y las hormonas proteicas. 4 Vesícula Transportan productos de secreción; contienen alimentos obtenidos mediante fagocitosis. 5 RER Es el sitio en donde se sintetizan las proteínas 6 Aparato de Golgi. Modifica y empaca proteínas y lípidos; sintetiza algunos carbohidratos. 7 citoesqueleto Da forma y soporte a la célula; coloca y mueve partes de la célula. 8 REL Manufactura grandes cantidades de lípidos y entre otras cosas, almacena calcio. 9 mitocondrias Producen energía por metabolismo aerobico. 10 perixosomas Tienen forma de vesículas, en su interior contienen catalasas y oxidasas y sirven para desintoxicar a la célula. 11 Citosol Es también llamado hialoplasma, es la parte soluble del citoplasma, ahí se encuentran inmersos las estructuras celulares. 12 Lisosoma Contienen enzimas digestivas intracelulares. 13 Centriolo Producen los microtúbulos de cilios y flagelos, y aquellos que forman el huso durante la división de las células animales. 63 IV. Con ayuda de la información del subtema sistema de membranas y el siguiente esquema, continúa la redacción en prosa indicando paso a paso como se lleva a cabo la elaboración y transporte de la insulina. Elaboración y transporte de la insulina. (1) Núcleo. (2) Poro Nuclear. (3) Retículo endoplásmico rugoso (RER). (4) Retículo endoplásmico liso (REL) (5) Ribosoma en el RER. (6) Proteínas que son trasportadas. (7) Vesícula trasportadora. (8) Aparato de Golgi (AG). (9) Cisterna del AG. (10) Transmembrana de AG. (11) Cisterna de AG. (12) Vesícula secretora. (13) Membrana plasmática. (14) Proteína secretada. (15) Citoplasma. (16) Espacio extracelular Del núcleo sale la información (1) a través de un poro nuclear (2) y se transporta hacia el retículo endoplásmico rugoso (3), …. 64 AUTOEVALUACIÓN Con apoyo de la información que se mencionó en este bloque, completa lo siguiente: 1. El instrumento óptico que ha permitido el estudio de las células se llama Microscopio 2. Es la parte del microscopio que está ubicada cerca del ojo del observador y es la lente que amplía la imagen Ocular 3. Se plantearon la hipótesis de que tal vez todos los seres vivos, plantas y animales, estaban formados por células y que éstas eran la unidad fundamental de la vida. Matías Jacob Schleiden y Theodor Schwann 4. En 1858, dio a conocer que toda célula proviene de otra célula preexistente Rudolf Virchow I. Entiende los conceptos y completa las siguientes oraciones al escribir en el campo la letra de la respuesta correcta. 1. Las células, según tengan o no organelos rodeados por membranas celulares se pueden clasificar en: C a) b) c) d) Vegetal y animal Animal y eucarionte Eucarionte y procarionte Vegetal y eucarionte 2. Si requieres de estudiar un cloroplasto ¿qué tipo de célula examinarías? B a) b) c) d) Animal Vegetal Eucarionte Procarionte 3. Son las células que presentan un núcleo y estructuras celulares, algunas tienen pared celular, además de una membrana plasmática que los rodea. D a) Epiteliales b) Vegetales c) animales 65 d) eucariontes 4. Organelo que tiene como función sintetizar proteínas: D e) f) g) h) Mitocondria Vesículas Lisosomas Ribosomas 5. Es el organelo que se encarga de liberar energía cuando descompone las moléculas del alimento que ingiere la célula. B e) f) g) h) Cloroplasto Mitocondria Aparato de Golgi RE 6. Piensa en forma analítica y elabora en una hoja tamaño carta un mapa conceptual en donde ordenes los siguientes términos y frases. Coloca las palabras necesarias para unir los conceptos. Ribosoma nucléolo RE cromatina aparato de Golgi núcleo Te sugiero consultar en el anexo ¿cómo realizar un mapa conceptual? Al terminar evalúa tu mapa conceptual de acuerdo a los siguientes criterios. Indicador 1 2 3 4 5 6 7 Cumplimiento SI NO Utiliza los conceptos propuestos. El mapa contiene la información suficiente. Los conceptos principales están en recuadros. Maneja los conceptos de manera jerárquica. Ejecución Ponderación calificación 1 2 1 2 Existe articulación entre las ideas centrales. El mapa presenta la idea clara del tema. 1 2 Utiliza conectores de enlace entre los conceptos. 1 Calificación: 10 Tabla de ponderación 1= Sí cumplió 0= No cumplió Ejecución: multiplicación del cumplimiento por la ponderación. 66 Observaciones 7. En el diagrama, da click sobre cada uno de los números que señalan a las estructuras, lee la función que llevan a cabo dentro de la célula y finalmente escribe dentro del campo el nombre que le corresponde a cada una de ellas. 8. Nucelolo 8. 9. Núcleo 9.mitocondrias REL 10.ribosoma 10.perixosomas 11.vesícula 11. citosol 12.RER 12. lisosoma 13.Aparato de Golgi 13. centriolo 14.citoesqueleto 67 # estructura función 1 Nucléolo Sintetiza ribosomas. 2 Núcleo Contiene cromosomas está delimitado por una membrana. 3 Ribosoma También es el sitio para síntesis de proteínas, se encuentran sobre el RER, y exportan hacia sus alrededores, incluyendo las enzimas digestivas y las hormonas proteicas. 4 Vesícula Transportan productos de secreción; contienen alimentos obtenidos mediante fagocitosis. 5 RER Es el sitio en donde se sintetizan las proteínas 6 Aparato de Golgi. Modifica y empaca proteínas y lípidos; sintetiza algunos carbohidratos. 7 citoesqueleto Da forma y soporte a la célula; coloca y mueve partes de la célula. 8 REL Manufactura grandes cantidades de lípidos y entre otras cosas, almacena calcio. 9 mitocondrias Producen energía por metabolismo aerobico. 10 perixosomas Tienen forma de vesículas, en su interior contienen catalasas y oxidasas y sirven para desintoxicar a la célula. 11 Citosol Es también llamado hialoplasma, es la parte soluble del citoplasma, ahí se encuentran inmersos las estructuras celulares. 12 Lisosoma Contienen enzimas digestivas intracelulares. 13 Centriolo Producen los microtúbulos de cilios y flagelos, y aquellos que forman el huso durante la división de las células animales. 68 8. Con ayuda de la información del subtema sistema de membranas y el siguiente esquema, continúa la redacción en prosa indicando paso a paso como se lleva a cabo la elaboración y transporte de la insulina. Elaboración y transporte de la insulina. (1) Núcleo. (2) Poro Nuclear. (3) Retículo endoplásmico rugoso (RER). (4) Retículo endoplásmico liso (REL) (5) Ribosoma en el RER. (6) Proteínas que son trasportadas. (7) Vesícula trasportadora. (8) Aparato de Golgi (AG). (9) Cisterna del AG. (10) Transmembrana de AG. (11) Cisterna de AG. (12) Vesícula secretora. (13) Membrana plasmática. (14) Proteína secretada. (15) Citoplasma. 69 (16) Espacio extracelular Del núcleo sale la información (1) a través de un poro nuclear (2) y se transporta hacia el retículo endoplásmico rugoso (3), En donde se encuentran ubicados los ribosomas (5). Una vez elaborada la proteína (6) se desplaza por el retículo endoplásmico liso (4) y llega al aparato de Golgi (9) dentro de una vesícula transportadora (7). La proteína se modifica en el aparato de Golgi para ser enviada al exterior de la célula (14) y sale a través de una vesícula secretora (12). Aparto de Golgi (11) membrana plasmática (13) proteína secretada (12) citoplasma (15). 70 GLOSARIO A Ácidos nucleicos. Son componentes celulares en los que radica la clave de la transmisión de las características hereditarias. Los ácidos nucleicos son el ácido desoxirribonucleico o ADN, y el ácido ribonucleico o ARN. ADN: Ácido desoxirribonucleico; polímero biológico complejo, copia original de la información codificada para un organismo, la cual pasa de una célula a otra cada vez que éstas se dividen, también de una generación a la siguiente. Agua: Es una sustancia muy reactiva, es el solvente ideal para los compuestos polares, no así para los no polares. Tiene una gran fuerza de cohesión, con un elevado calor específico. El agua es el vehículo de entrada a la célula de nutrientes y sustancias necesarias para su supervivencia, es medio por el cual se eliminan los productos de desecho del metabolismo. Alelo dominante: Es el que transmite un carácter que siempre se manifiesta. Se representa con la letra mayúscula. Alelo recesivo: Es el que transmite un carácter que sólo se manifiesta cuando está ausente el gen dominante. Se representa con la letra minúscula. Aminoácidos: Componentes básicos para la construcción de las moléculas de proteínas. Animalia: Organismos heterótrofos, pluricelulares, con tejidos desarrollados y en algunos con órganos y sistemas de órganos. Predominio de la reproducción sexual. Apoptosis: Muerte celular programada. Autótrofo: Organismos capaces de fabricar su propio alimento. B Bacteria: Organismo que consiste de una sola célula procariótica rodeada por una cubierta compleja de polisacárido. Biomolécula: Es un compuesto químico presente en los seres vivos. Están conformados por sustancias químicas constituidas por carbono, oxígeno, nitrógeno fósforo e hidrógeno. 71 C Cáncer: Enfermedad en la que algunas de las células del cuerpo escapan a los procesos de control celular que sujeta la hoja al tallo, lo que permite que la hoja caiga. Carbohidratos: Son compuestos orgánicos solubles en agua, se clasifican de acuerdo a la cantidad de carbonos o bien por el grupo funcional que tienen adherido. Están compuestos por carbono, hidrógeno y oxígeno. Cigoto: huevo fertilizado; tiene un número diploide (2n) de cromosomas; se desarrolla en un organismo multicelular por mitosis. D Digestión: Proceso de degradación del alimento para la absorción y la asimilación intestinal. Transformación de alimentos en sustancias aprovechables. E Espermatozoide: el gameto masculino haploide, normalmente pequeño, móvil y con poco citoplasma en su interior. Eucariota: organismo cuyas células son eucarióticas; las plantas, los animales, los hongos y los protistas son eucariotas. Exocitosis: proceso por el que se encierra material intracelular en un saco de paredes membranosas que se desplaza hasta la membrana plasmática, se fusiona con ésta y libera el material fuera de la célula. F Fagocitosis: tipo de endocitosis en la que extensiones de la membrana plasmática envuelven a partículas extracelulares y las transportan al interior de la célula. Fecundación: Unión de los gametos (masculino y femenino) para formar el huevo o cigoto, del que se desarrolla un nuevo organismo. Fosfolípidos: lípido que consiste en glicerina unida a dos moléculas de ácido graso y un grupo de átomos que por lo regular está cargado y contiene nitrógeno. Una doble capa de fosfolípidos es un componente de todas las membranas celulares. 72 Fotosíntesis: Proceso de síntesis de carbohidratos a partir de bióxido de carbono y agua utilizando la energía radiante de la luz captada por la clorofila en las células vegetales. Fungi: Organismos unicelulares o pluricelulares, heterótrofos (saprófitos, simbióticos o parásitos). Su pared celular es de quitina. Están formados por hifas. Tienen reproducción asexual o sexual. G Gametos: células sexuales masculinas y femeninas; espermatozoides y huevos. Gen: Un segmento de ADN localizado en el cromosoma; dirige la producción de proteína que controla el Ciclo celular. Genoma Humano: El genoma es toda la información necesaria para el plano maestro de la construcción de una persona en particular. Aproximadamente 100 000 genes, en 46 cromosomas humanos, hechos de cerca de 3 000 millones de bases apareadas de ADN, que cuando estén organizadas en un mapa genético y su orden esté determinado, permitirá la cura o el tratamiento de los desórdenes genéticos. H Hifas: Filamentos que conforman las unidades estructurales básicas de los hongos multicelulares. Homeostasis: Equilibrio del ambiente interno de un organismo que mantiene las condiciones adecuadas para la vida. Un ejemplo es el sudor en los humanos, el cual ayuda al cuerpo a mantener la temperatura adecuada. I Insulina: hormona que secreta el páncreas; reduce el nivel de azúcar en la sangre estimulando la conversión de la glucosa a glucógeno en el hígado. Isotónica: solución que tiene la misma concentración de partículas disueltas (y, por lo tanto, la misma concentración de agua libre) que el citoplasma de la célula. 73 J Jugo pancreático: mezcla de agua, bicarbonato de sodio y enzimas que el páncreas secreta al intestino delgado. L Lente: objeto transparente que refracta los rayos de luz. Lípidos: Compuestos orgánicos llamados comúnmente grasas y aceites; los lípidos, que son insolubles en agua, son el principal componente de las membranas que rodean las células vivas. M Meiosis: División celular en la que los cromosomas no se duplican, sino que se reparten por mitades entre las células hijas. Se presenta en la ovogénesis y espermatogénesis, por lo que los gametos maduros tienen sólo la mitad del número normal de cromosomas de la especie (n); son los haploides. Minerales: Los minerales en disolución pueden ser metálicos o no metálicos, intervienen en funciones como mantener el equilibrio osmótico de las células y establecer estados físicos adecuados de membrana y citoplasma. Mitosis: Cuando las células nuevas se divides por mitosis tienen exactamente el mismo número y tipo de cromosomas que la célula original. Micra: Una micra es una millonésima parte de un metro. Microscopio: (de micro-, μικρο, pequeño, y scopio, σκοπεω, observar), es el instrumento que permite observar objetos que son demasiado pequeños para ser vistos a simple vista. Monera: organismos unicelulares procarióticos, aislados o unidos en filamentos; pared celular formada por polisacáridos unidos a polipéptidos; predominan la reproducción asexual. N Neurona: célula nerviosa individual. Núcleo celular: organelo encerrado por membranas en la célula eucariótica que contiene el material genético de la célula. 74 Nucleoide: lugar donde se encuentra el material genético en las células procarióticas; no está encerrado por membranas. O Organelo: Organon (griego) herramienta, implemento ella(griego) pequeño. Son pequeñas estructuras celulares rodeadas de membranas. Ósmosis: La ósmosis es la difusión de moléculas de agua a través de una membrana con permeabilidad selectiva desde un lugar de alta concentración a uno de baja concentración. P Permeabilidad selectiva: Propiedad de la membrana plasmática que mantiene la homeostasis de la célula porque toma las sustancias que necesita, elimina los desechos y previene que entren sustancias dañinas. Plantae: Organismos autótrofos pluricelulares, eucarióticos, con diferenciación en tejidos y órganos; pared celular celulósica. Tienen clorofila. Sintetizan almidón. Plasmólisis: Es cuando hay pérdida de agua con la consecuente disminución de la turgencia. Pluricelular: Seres vivos formados por muchas células. Proteína: Polímero complejo esencial para la vida, compuesto de aminoácidos hechos de carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y, algunas veces, de azufre, importante en la contracción muscular, el transporte de oxígeno en el torrente sanguíneo, así como en proveer inmunidad. Protista: organismo eucariótico que no es planta, ni animal, ni hongo. El término comprende un conjunto diverso de organismos y no representa un grupo monofilético. Q Quitina: compuesto presente en la pared celular de los hongos y en el exoesqueleto de los insectos y algunos otros atrópodos; se compone de cadenas de moléculas de glucosa nitrogenadas y modificadas. 75 R RNA mensajero (mRNA): Cadena de RNA qye es complementario del DNA de un gen y comunica la información genética del DNA de un gen y comunica la información genética del DNA a los ribosomas pata usarla durante la síntesis de proteínas; las secuencias de tres bases (codones) del mRNA especifican los aminoácidos que deben incorporarse a una proteína. RNA ribosómico (rRNA): tipo de RNA que se combina con proteínas para formar ribosomas. S Solución hipertónica: Es aquella en la que la concentración de sustancias disueltas es mayor que la concentración interna de sustancias de la célula. Solución hipotónica: es aquélla en la que la concentración de sustancias disueltas es menor que la concentración del interior de la célula. T Turgencia: Es la presión que existe dentro de una célula. U Unicelular: Organismo que lleva a cabo todos sus procesos vitals dentro de una célula. V Vacuola alimentaria: saco membranoso que se encuentra en el interior de una célula individual y contienen alimento. Se liberan enzimas digestivas en el interior de la vacuola, donde se lleva a cabo la digestión intracelular. 76 FUENTES DE INFORMACIÓN Fuentes consultadas Audesirk, T. y Audresirk, G. (1996). Biología. (4 ta Ed.). México. Prentice-Hall. Audesirk, T, Audresirk, G. y Bruce, E. B. (2008). Biología. La vida en la tierra. (8 va Ed). Prentice-Hall. Bernstein, R. y Bernstein, S. (1998). Biología. Colombia. McGraw-Hill. Biggs, A., Kapicka, C., y Lundgren, L. (2000). Biología. La dinámica de la vida. México. McGraw-Hill. Cervantes, M. y Hernández, M. (2001). Biología General. México. Publicaciones cultural. Curtis, H. (1985). Biología. (4ta Ed). Buenos Aires. Medida Panamericana. Fedro Carlos Guillén. (2000). Crónica alfabética del nuevo milenio. México. Paidos. Frías Díaz María Inés. 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Recuperado 14082010 81 Francisco Alda.09 febrero 2010. http://b-log-ia20.blogspot.com/2010/02/tipos-celulares-en-eucariotas.html 82 Fuentes recomendadas La forma más sencilla y clara de entender el tiempo histórico es “viéndolo”, es por eso que en la imagen de la Línea del tiempo del microscopio, podrás adquirir más conocimiento acerca del avance que ha tenido este instrumento para apoyar el estudio de los seres vivos. El artículo “centímetros de piel para salvar vidas”, se ubica en la página Web: http://www.elmundo.es/elmundosalud/2010/09/13/pielsana/128436351 3.html En él podemos saber el avance de la tecnología y el beneficio que hemos obtenido para remediar daños ocasionados por accidentes como quemaduras o pérdida de la piel. Este artículo nos ayuda a entender los efectos que tiene la cocaína en las células de nuestro cerebro. “La cocaína y la química cerebral”. (1999) ¿cómo ves?. México. UNAM, año 1. Núm. 2, enero. Te invito a leer el artículo: “La IMSI incrementa el éxito de embarazo en casos de infertilidad masculina”, para que conozcas una de las tantas técnicas para la selección de esperma con el objetivo de aumentar la tasa de embarazo, además de las múltiples causas de infertilidad masculina. Artículo de “La IMSI incrementa el éxito de embarazo en casos de infertilidad masculina”. Mireia Poveda García. Miércoles, 18 de Agosto de 2010. Recuperado. 05 de septiembre de 2010. http://www.reproduccionasistida.org/reproduccionasistida/esterilidad/embarazada/imsi-infertilidad-masculina/ Si te interesa conocer más acerca de la Teoría celular, de las características básicas de la célula, las diferencias de las células animales y vegetales, consulta la siguiente dirección electrónica. Carl Shuster, M.A./M.S. Visionlearning Vol. BIO-1 (2s). 2003. Recuperado 17092010. http://www.visionlearning.com/library/module_viewer.php?mid=64&mci d=&l=s 83 ANEXO EUCARIÓTICA ESTRUCTURA PROCARIÓTICA ANIMAL VEGETAL DE HONGO si si si si sin membrana con membrana con membrana con membrana único múltiples múltiples múltiples no si si si sí, no celulosa no si, celulosa si, quitina MITOCONDRIAS no si si si PLASTOS O PLÁSTIDOS no no si no RIBOSOMAS si, pequeños si, grandes si, grandes si no si si si no si estructuras similares si PERIXOSOMAS no si si Tal vez VACUOLAS no pequeñas grandes Tal vez CENTRIOLOS no si no no CILIOS no si no no FLAGELOS si si no no MEMBRANA NÚCLEO CROMOSOMAS RET. ENDOPLÁSMICO PARED A. GOLGI LISOSOMAS Tabla 1 Célula procariota en comparación con los tres tipos de célula eucariótica. 84 La “portera” de la célula COMPETENCIA: Identifica a la célula como unidad estructural y funcional de los seres vivos, reconoce las partes de la célula y las funciones que desempeña, desarrolla su capacidad de observación y análisis. Reconoce que posee sistemas orgánicos formados por células que cumplen funciones y valora la necesidad de cuidar y conservar la salud. INTRODUCCIÓN Las células están rodeadas de una membrana, denominada membrana celular, con la finalidad de separarla del medio exterior y de otras células, limita y asegura el contenido celular para que se mantenga en el interior de la célula, permite la entrada de sustancias que le son útiles y mantener constantemente la concentración de sustancias como por ejemplo el oxígeno, el agua y los nutrientes; y la salida de sustancias de desecho, como el dióxido de carbono. Por lo tanto, la membrana celular posee una permeabilidad selectiva, es decir, puede retener o permitir que salgan algunas sustancias. Las bolsas de plástico están hechas de membrana muy delgadas y la constituyen las moléculas de polietileno. Las moléculas que sean lo suficientemente pequeñas podrán pasar a través de estas moléculas mientras que las moléculas grandes no. PROBLEMA ¿Permitirá la membrana el paso de las moléculas de almidón que son mucho más grandes en comparación que las del yodo?, ¿lograrán las moléculas de yodo pasar entre las moléculas del polietileno? HIPÓTESIS Formula una hipótesis que prediga el movimiento de las sustancias (yodoalmidón) a través de la membrana plástica. Te sugiero considerar los diversos movimientos, así como los factores que son importantes en la difusión. OBJETIVOS Comprobar que la membrana celular es semipermeable, ya que se encarga de controlar lo que entra y sale de la célula. 85 Intentarás determinar si la difusión ocurre a través de una membrana de plástico. Desarrollar capacidades de observación, análisis, descripción e interpretación de los resultados para determinar si la membrana plástica tiene permeabilidad selectiva. Vocabulario básico Ósmosis, semipermeable, organelos, núcleo, citoplasma, difusión, célula eucariótica, célula procariótica, nutrientes. MATERIALES Bolsas pequeñas de plástico polietileno transparente. Canica Maicena Estambre Yodo Agua Recipiente mediano de vidrio (frasco de mayonesa) ACTIVACIÓN DE CONOCIMIENTOS PREVIOS ¿Qué sabes sobre la célula? ¿Cómo están constituidos los seres vivos? ¿Cómo entran los nutrientes a las células? ¿Cómo salen los desechos? 86 pared celular, EXPERIMENTO Planea tu experimento. Piensa como procederías para saber si el almidón y el yodo atraviesan la membrana. Confecciona tu modelo de célula diferenciando las estructuras celulares: membrana (bolsa de plástico), solución de maicena (citoplasma) y canica (núcleo). Después de colocar la solución en el interior de la bolsa, te recomiendo cerrar cuidadosamente la bolsa para evitar se salga la solución por la parte superior y cuando hayas terminado antes de sumergirlo en el recipiente que contiene la otra solución, te sugiero quitar los restos de la solución al ponerla bajo el chorro de agua. Recuerda que cuando la solución de almidón se mezcla con el yodo, el color de la solución de almidón cambia a negro azuloso. Deja la bolsa sumergida en la solución durante la noche. Lleva a cabo el experimento. ANALIZA Y CONCLUYE Analiza los resultados ¿Atravesaron la membrana las moléculas de almidón? Explica cómo le hiciste para saberlo ¿Atravesaron las moléculas de yodo? Establece conclusiones ¿Qué puedes deducir de este experimento acerca del movimiento de partículas grandes y pequeñas a través de una membrana de polietileno delgada? Verifica tu hipótesis ¿Respaldan tus datos la hipótesis? Explica por qué sí o por qué no. 87 EVALUACIÓN PARA EL DISEÑO DEL EXPERIMENTO. La “portera” de la célula CRITERIOS HIPÓTESIS EXCELENTE 40% Realiza una hipótesis congruente de acuerdo a las preguntas de la problemática planteada. NIVELES DE DESEMPEÑO BUENO SUFICIENTE 30 % 25 % Propone una Da una hipótesis y da una contestación de si o contestación breve no a las preguntas a las preguntas de de la problemática. la problemática. INSUFICIENTE 5% Solo contesta una de las preguntas de la problemática PROCEDIMIENTO Planea de manera coherente la experimentación haciendo uso de sus conocimientos básicos y las sugerencias propuestas para él procedimiento. Propone una experimentación solo con suposiciones haciendo caso omiso a las sugerencias para un correcto procedimiento. Realiza la experimentación sin una planeación previa y sin tener claro lo que realiza. Se limita a solo la teoría y omite la realización de la experimentación. RESULTADOS Toma fotografías del sistema y registra las observaciones de los resultados para su posterior discusión. Registra las observaciones de los resultados para discutirlos. Memoriza las observaciones para discutir los resultados. No cuenta con resultados. DISCUSIÓN Contesta las preguntas de la discusión en forma correcta argumentando su elección. Contesta las preguntas de la discusión en forma correcta pero su argumentación no es clara. Contesta las preguntas de la discusión en forma incorrecta y sin argumentar su elección. No contesta la pregunta de la discusión. CONCLUSIÓN Emite de manera clara, con fundamentos su conclusión y verifica su hipótesis. Redacta de una manera muy concreta su conclusión y verifica su hipótesis. Redacta de manera confusa su conclusión y al verificar su hipótesis solo da una contestación de sí o no. No manifiesta su conclusión y no verifica su hipótesis. Evaluación Total : 88 ¿CÓMO ELABORAR UN MAPA CONCEPTUAL? ¿Qué es un mapa conceptual? “Es una representación gráfica de diferentes conceptos y de sus relaciones entre sí”, Los conocimientos tienen diferentes niveles jerárquicos y se unen por líneas identificadas con una palabra de enlace o de conexión, que facilita la integración y comprensión de un tema determinado. Se puede usar para comprender un tema o unidad de estudio, como diagnóstico, para analizar y explicar un concepto a un grupo de personas, como forma de estudio antes de una evaluación. ¿Cómo lo elaboro? Lee y comprende el tema (este será el concepto central). Identifica las ideas o conceptos principales Determina la jerarquía de los conceptos principales y los secundarios. Establece las relaciones entre esos conceptos por medio de líneas o flechas. Agrega, conforme se necesite, las palabras de enlace o de conexión. (Velázquez, O., 2009, p 230) 89 La IMSI incrementa el éxito de embarazo en casos de infertilidad masculina Miércoles, 18 de Agosto de 2010 Mireia Poveda García Una nueva técnica de selección de esperma que utiliza unas súper lentes que agrandan el esperma 6.000 veces (en lugar de las 200-400 veces del ICSI), permite la selección de aquellos espermatozoides mejor dotados y con menos fragmentación de ADN en sus cabezas. El resultado con la utilización de esta técnica, aumenta la tasa de embarazo en los casos de infertilidad masculina severa, fallos de fecundación previos y en casos de esterilidad de origen desconocido (EOD). Entre muchas de las causas de infertilidad, una de las más frecuentes se debe a un factor masculino. Estos problemas se muestran por la disminución del número de espermatozoides y su poca movilidad así como por la presencia de espermatozoides con morfología alterada. Este último parámetro se ha visto que es el mejor indicador de la fertilidad natural de forma que el uso de espermatozoides de buena morfología conlleva a un éxito mayor de embarazos. En el caso que el factor masculino sea muy severo, la técnica más utilizada es la Inyección Intracitoplasmática de Espermatozoides (ICSI). En los últimos años, el desarrollo de las técnicas de reproducción asistida ha ido en aumento, de forma que se han ido introduciendo nuevas técnicas que mejoran el éxito de este tipo de tratamientos. Uno de estos avances ha sido la IMSI o inyección intracitoplasmática de espermatozoides morfológicamente seleccionados. Esta técnica presenta múltiples ventajas; entre ellas la selección del gameto en tiempo real, sin tinciones que lo dañen, con gran magnitud (a 6.300 aumentos, frente a los 400 aumentos de la ICSI convencional). Esta visualización tan detallada permite a los biólogos descartar todos aquellos gametos que tienen una mala morfología (aquellos espermatozoides que tienen defectos en la cabeza, en la pieza intermedia o en la cola). Esta técnica muy novedosa ya se realiza en España y cuenta ya con muy buenos resultados. Son varios los centros españoles que han optado por incorporarla como es el caso del Instituto Murciano de Infertilidad o IMFER. Con ello, el centro murciano incrementará las tasas de gestación especialmente en el caso de varones con alteraciones espermáticas severas, en los casos de fallos de fecundación previos e, incluso, cuando se tratan de esterilidades de origen desconocido. 90 Dos de estas parejas que se trataron en el IMFER han logrado su sueño y se encuentran ya en el segundo trimestre de embarazo. Se trata de dos casos de infertilidad masculina severa que finalizaron con éxito gracias a la técnica IMSI. Una de las parejas había pasado por 6 ciclos de fecundación in vitro, con resultado de beta negativo y en alguna ocasión aborto espontáneo tras beta positiva. En el otro caso de éxito, la pareja había tenido dos ciclos de FIV fallidos con la producción de poca cantidad de óvulos tras la estimulación ovárica. Tras obtener el embarazo y desarrollarse correctamente en las dos parejas, éstas ven al fin su sueño de la paternidad y maternidad cumplido. Fuente: IMFER Mireia Poveda García. (IMER). Miércoles, 18 de Agosto de 2010. Recuperado. 05 de septiembre de 2010. http://www.reproduccionasistida.org/reproduccionasistida/esterilidad/embarazada/imsi-infertilidad-masculina/ 91