GIMNASIO VIRTUAL SAN FRANCISCO JAVIER “Valores y Tecnología para la Formación Integral del Ser Humano” UNIDAD I CITOLOGÍA E HISTOLOGÍA COMPETENCIAS E INDICADORES DE DESEMPEÑO • Identifica cada uno de los componentes de la estructura celular. • Reconoce la función de cada uno de los orgánulos y su aporte al funcionamiento total de la célula. • Identifica para diversos organismos las estructuras que conforman los diferentes niveles de organización. • Identifica la morfología y fisiología de los principales tejidos vegetales y animales. TEORÍA CELULAR La célula, unidad de los seres vivos Los seres vivos presentan características propias que les permiten la supervivencia y adaptación al medio ambiente, y a su vez los diferencian de los seres inanimados. Las principales características de los seres vivos son: Están constituidos por células. Tienen un ciclo de vida limitado. Crecen, al aumentar el número y tamaño de sus células. Se reproducen, al dar origen a otros seres semejantes. Respiran. Transforman los materiales que ingieren, mediante un proceso llamado ‘metabolismo’. Tienen la capacidad para responder a estímulos. Presentan movimiento. Robert Hooke, un aficionado fabricante de lupas, elaboró el primer instrumento que permitió al hombre mirar hacia el mundo de lo microscópico, aquello que por ser tan pequeño no lo podemos estudiar a simple vista. Este instrumento es el microscopio. Biología Unidad 1 Teoría celular Séptimo 1 GIMNASIO VIRTUAL SAN FRANCISCO JAVIER “Valores y Tecnología para la Formación Integral del Ser Humano” La célula y el microscopio Los seres vivos están formados por mínimas unidades llamadas células. Los hombres de ciencia solo pudieron realizar investigaciones en relación con estas después del descubrimiento del microscopio. Historia La creación del microscopio se atribuye a los hermanos holandeses Juan y Zacarías Jensen, quienes idearon uno que consistía en una lente montada sobre un soporte. Los primeros microscopios se denominaron simples, pues tenían una sola lente. Al pasar los años, se crearon los microscopios compuestos, formados por una lente en el ocular y otra en el objetivo. Los microscopios ópticos compuestos modernos se basan en el sistema de los microscopios compuestos más sencillos. Sin embargo, frecuentemente llevan tres objetivos distintos, ubicados en un disco movible y giratorio, denominado revólver. Los objetivos tienen distinto poder de aumento, que puede ser menor, mediano o mayor. Para su funcionamiento, este tipo de microscopio usa una fuente luminosa, la cual se puede obtener a través de un espejo, desde el ambiente, o bien estar incorporada al microscopio mismo. También existe el microscopio electrónico. Utilizado por primera vez en 1932, se basa en un haz de electrones de alta velocidad y campos electromagnéticos en lugar de lentes. Como los electrones no pueden estimular el ojo, la imagen final es estudiada en una pantalla fluorescente, o en una placa fotográfica, sensible a los electrones. Pese a los avances, el microscopio óptico sigue vigente, y se ha transformado en el instrumento básico para estudiar la célula. Descubrimientos En 1676, la Real Academia de Londres recibió una carta de Anton Van Leeuwenhock, quien describió la observación realizada a una gota de agua. Él vio ‘pequeños animalitos que nadaban rápidamente’, que correspondían a protozoos formados por una célula. Biología Unidad 1 En el año 1665, el científico inglés Robert Hooke (1635-1703), observó al microscopio finísimos cortes de corcho. De su observación dedujo que las celdillas correspondían a células. Séptimo 2 GIMNASIO VIRTUAL SAN FRANCISCO JAVIER “Valores y Tecnología para la Formación Integral del Ser Humano” En 1831, otro científico inglés descubrió el núcleo de la célula, que era una estructura densa, esférica, localizada en el centro de esta. Finalmente, en el año 1839, Purkinje denominó protoplasma al contenido vivo de la célula. Los estudios de la célula continuaron y se postularon diferentes ideas en relación con el tema. Finalmente, se llegó a la teoría celular moderna, que dice: La célula y todos sus organelos son la unidad estructural. Es decir, la célula es lo más pequeño que forma parte de un ser vivo. La célula es la unidad funcional de los seres vivos. Esto indica que todos los procesos, reacciones químicas y funciones que ocurren en el ámbito celular permiten la vida. La célula es la mínima unidad de origen. Esto significa que toda célula viene de otra preexistente, como es el caso de los organismos que se reproducen asexuadamente. En los organismos con reproducción sexuada, las células sexuales o gametos –óvulos y espermios– permiten el desarrollo de un nuevo ser. ESTRUCTURA Y ORGANIZACIÓN CELULAR Estructura de la célula COMPOSICIÓN QUÍMICA Biología Unidad 1 Hay células de formas y tamaños muy variados. Algunas de las células bacterianas más pequeñas tienen forma cilíndrica de menos de una micra o µm (1 µm es igual a una millonésima de metro) de longitud. En el extremo opuesto se encuentran las células nerviosas, corpúsculos de forma compleja con numerosas prolongaciones delgadas que pueden alcanzar varios metros de longitud (las del cuello de la jirafa constituyen un ejemplo espectacular). Casi todas las células vegetales tienen entre 20 y 30 µm de longitud, forma poligonal y pared celular rígida. Las células de los tejidos animales suelen ser compactas, entre 10 y 20 µm de diámetro y con una membrana superficial deformable y casi siempre muy plegada. Pese a las muchas diferencias de aspecto y función, todas las células están envueltas en una membrana –llamada membrana plasmática– que encierra una sustancia rica en agua llamada citoplasma. En el interior de las células tienen lugar numerosas reacciones químicas que les permiten crecer, producir energía y eliminar residuos. El conjunto de estas reacciones se llama metabolismo (término que proviene de una palabra griega que significa cambio). Todas las células contienen información hereditaria codificada en moléculas de ácido desoxirribonucleico (ADN); esta información dirige la actividad de la célula y asegura la reproducción y el paso de los caracteres a la descendencia. Estas y otras numerosas similitudes (entre ellas muchas moléculas idénticas, o casi idénticas) demuestran que hay una relación evolutiva entre las células actuales y las primeras que aparecieron sobre la Tierra. Séptimo 3 GIMNASIO VIRTUAL SAN FRANCISCO JAVIER “Valores y Tecnología para la Formación Integral del Ser Humano” En los organismos vivos no hay nada que contradiga las leyes de la química y la física. La química de los seres vivos, objeto de estudio de la bioquímica, está dominada por compuestos de carbono, y se caracteriza por reacciones acaecidas en solución acuosa y en un intervalo de temperaturas pequeño. La química de los organismos vivientes es muy compleja, más que la de cualquier otro sistema químico conocido. Está dominada y coordinada por polímeros de gran tamaño, moléculas formadas por encadenamiento de subunidades químicas; las propiedades únicas de estos compuestos permiten a células y organismos crecer y reproducirse. Los tipos principales de macromoléculas son las proteínas, formadas por cadenas lineales de aminoácidos; los ácidos nucleicos, ADN y ARN, formados por bases nucleotídicas, y los polisacáridos, formados por subunidades de azúcares. Estructura y funciones de la célula Al observar células al microscopio se puede apreciar que están rodeadas por una envoltura. Esta es la membrana celular, la cual permite a los componentes de la célula estar unidos. Al observar células vegetales se puede identificar una estructura más gruesa, llamada pared celular. Internamente la célula contiene un cuerpo limitado por una membrana, similar a la membrana celular, y de forma redondeada, llamado núcleo. El núcleo contiene el material hereditario de la célula. El resto del material de la célula se denomina citoplasma, el cual es un medio acuoso donde se localizan otras estructuras de la célula, como: mitocondrias, plastidios, retículo endoplasmático, ribosomas, cuerpos de Golgi, lisosomas, vacuolas y centrosomas. Mitocondria Cromosoma Biología Unidad 1 Células procarióticas y eucarióticas Séptimo 4 GIMNASIO VIRTUAL SAN FRANCISCO JAVIER “Valores y Tecnología para la Formación Integral del Ser Humano” Existen células que no poseen membrana alrededor del núcleo, ni mitocondrias, cloroplastos, retículo endoplasmático, aparato de Golgi, lisosomas y vacuolas. A estas células se les denomina procarióticas, y son propias de organismos como las bacterias y las algas verde-azules. Procariótico significa ‘antes del núcleo’. Las células de los seres vivos que contienen un verdadero núcleo y poseen las demás estructuras, reciben el nombre de eucarióticas, que significa ‘núcleo verdadero’. Resumen de partes de la célula Organela celular Pared celular Membrana celular La vacuola La mitocondria El plasmodesmo El lisosoma El microtúbulo El ribosoma El núcleo celular El centriolo El retículo endoplasmático El cloroplasto El dictiosoma/el aparato de Golgi Función Función de sostén junto con la vacuola Límite de la célula, determina cuáles sustancias penetran en la célula y cuáles no Bodega de reservas o recolector de desechos, se encarga, junto con la pared celular, de la estabilidad Respiración celular, contiene su propio ADN Zona de unión entre dos células vegetales, puente de plasma Contiene la enzima lisosima Formación de áster Biosíntesis de proteínas Almacena la información genética en el ADN y controla el metabolismo celular Forma el huso acromático en las células animales Sistema de transporte interno de la célula Componentes/particularidades Celulosa en células vegetales Fosfolípidos y proteínas/osmóticamente activo Membrana sencilla, una vacuola grande es típico para células vegetales Pared es una membrana doble Fotosíntesis, contiene ADN propio Pared es una membrana doble, reconocible en las pilas de lamelas Membrana sencilla Produce sustancias orgánicas como glucoproteínas o componentes de la membrana, también cierta función de transporte a través de vesículos Golgi Pared es una membrana sencilla Capa es una membrana doble En las células animales Membrana sencilla Biología Unidad 1 LA CÉLULA ANIMAL Séptimo 5 GIMNASIO VIRTUAL SAN FRANCISCO JAVIER “Valores y Tecnología para la Formación Integral del Ser Humano” 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. Membrana plasmática o celular. Citoplasma. Retículo endoplasmático. Retículo endoplasmático. Núcleo celular. Nucleolo. Ribosoma. Mitocondria. Lisosoma. Distiosoma. Microbody. Centriolo. Microtúbulo. LA CÉLULA VEGETAL 1. EL CITOPLASMA, contiene organelos como: mitocondrias, plastidios, retículo endoplasmático, dictiosomas y además una matriz citoplasmática. Esta última es la sustancia en la cual todos los organelos y sistemas de membranas están suspendidos. La matriz citoplasmática se encuentra en constante movimiento, a este movimiento se le llama ciclosis. La importancia de ciclosis es que facilita el intercambio de materiales dentro de la célula (intracelular) y entre la célula y su ambiente. El citoplasma está rodeado de la membrana Biología Unidad 1 Una célula vegetal típica consiste de pared celular y protoplasto. El protoplasto, a su vez, consiste de citoplasma y núcleo. Séptimo 6 GIMNASIO VIRTUAL SAN FRANCISCO JAVIER “Valores y Tecnología para la Formación Integral del Ser Humano” plasmática cuyas funciones son: mediar el transporte de substancias dentro y fuera del protoplasto, coordinar la síntesis y ensamblaje de las microfribillas de la pared celular y traducir signos ambientales y hormonales envueltos en el control de la diferenciación y crecimiento celular. 2. EL NÚCLEO, generalmente es la estructura más prominente en el citoplasma de las células eucariotas. En estas células el núcleo está rodeado de un par de membranas llamadas cubierta nuclear. Esta cubierta nuclear contiene un gran número de poros con una estructura complicada. Las membranas interior y exterior están unidas por estos poros. Se ha observado en varios puntos de la membrana exterior una continuidad con el retículo endoplasmático (RE). Las funciones del núcleo son: controlar las actividades de la célula, determinando qué proteínas y cuándo se sintetizarán, además de almacenar la información genética. Otra estructura encontrada en el núcleo es el nucleolo. Este solo se encuentra cuando la célula no está en división, y es el centro para la formación de RNA ribosomal (rRNA). 3. LOS PLASTIDIOS, son parte característica de las células vegetales. Cada plastidio está rodeado por una membrana doble. Dentro de esa doble membrana tenemos el estroma, que es la sustancia acuosa contenida en el plastidio. Los plastidios se clasifican de acuerdo con el tipo de pigmento que contengan. a. Cloroplastos, contienen clorofila y pigmentos carotenoides. Es el sitio donde ocurre la fotosíntesis. La estructura interna del cloroplasto es como sigue: En los tilacoides encontramos la clorofila y pigmentos carotenoides. Un grupo de tilacoides forman las granas, estas últimas están conectadas con otras granas por tilacoides intergranas. La función de los cloroplastos es llevar a cabo la fotosíntesis –pero además forman parte de la síntesis de aminoácidos y ácidos grasos–, así como proveer un espacio temporal para el almacenaje de almidón. Los cloroplastos, al igual que las mitocondrias, son organelos semiautonómicos ya que poseen su propio DNA y ribosomas para sintetizar sus propias proteínas. b. Cromoplastos, son plastidios pigmentados que no poseen clorofila pero sintetizan y retienen pigmentos carotenoides. Estos son responsables de los colores amarillo, anaranjado y rojo de las flores, frutas y raíces. Los cromoplastos se desarrollan de cloroplastos ya existentes por medio de una transformación en la cual la clorofila y las membranas internas desaparecen, dando lugar a una acumulación de carotenoides. Esto ocurre, por ejemplo, al madurarse las frutas. c. Leucoplastos, son plastidios no pigmentados. Entre sus funciones tenemos que algunos sintetizan almidón, estos se llaman amiloplastos, otros producen aceites y proteínas. Si los leucoplastos se exponen a la luz se convierten en cloroplastos. 4. MITOCONDRIA, es el organelo responsable de la respiración. Al igual que los cloroplastos, está rodeada por dos membranas. La membrana interior está pegada, y forma lo que se conoce como las crestas. La Biología Unidad 1 d. Proplastidios son plastidios sin diferenciar, pequeños, incoloros y se encuentran en áreas meristemáticas de raíces y tallos. Son los precursores de los plastidios. Séptimo 7 GIMNASIO VIRTUAL SAN FRANCISCO JAVIER “Valores y Tecnología para la Formación Integral del Ser Humano” importancia de estas radica en que aumenta el área superficial disponible para llevar a cabo más trabajo en menos espacio. La cantidad de mitocondrias en la célula varía según la demanda por ATP de la célula. Las mitocondrias se encuentran en constante movimiento dentro de la célula, para así proveer el ATP necesario en el sitio requerido. Las mitocondrias son organelos semiautonómicos, ya que contienen los elementos necesarios para la síntesis de sus propias proteínas. 5. LOS MICROCUERPOS, son organelos en forma de esfera, rodeados por una membrana. Generalmente están asociados a 1 o 2 segmentos del RE. Su interior es granular, y en ocasiones contiene un cuerpo cristalino compuesto de proteínas. a. Peroxisomas, son microcuerpos que juegan un papel importante en el metabolismo del ácido glicólico asociado con fotorespiración. b. Glioxisomas, son microcuerpos que contienen enzimas necesarias para la conversión de grasas a carbohidratos durante la germinación de semillas. 6. LAS VACUOLAS, son características de las células vegetales. Están rodeadas por una membrana llamada tonoplasto, y llena de un líquido llamado savia celular. El agua es el componente principal de la savia celular, pero además contiene sales, azúcares y proteínas. Con la vacuola se desarrolla la Presión de Turgor (presión que ejerce el movimiento del agua dentro de la célula). La Presión de Turgor es importante para mantener la rigidez de la célula. El tonoplasto juega un papel importante en el transporte activo de ciertos iones hacia el interior de la vacuola, reteniéndolos allí. Esto hace que en la vacuola se almacenen grandes cantidades de iones. Las vacuolas tienden a ser ácidas; por ejemplo, las vacuolas de las cítricas son ácidas y responsables del sabor amargo de la fruta. Las funciones de las vacuolas son: almacenar productos del metabolismo (por ejemplo, proteínas de reserva en semillas), remover productos secundarios tóxicos (ejemplo, la nicotina), almacenar pigmentos solubles en agua, como las antocianinas (color azul, violeta y rojo) que son responsables del color azul y rojo en muchos vegetales, frutas y flores; además, las vacuolas están envueltas en el rompimiento de macromoléculas y el reciclaje de sus componentes dentro de la célula. Organelos enteros pueden ser depositados y degradados por las vacuolas. Por su actividad digestiva se compara con los lisosomas en células animales. La cantidad de vacuolas en la célula depende del grado de madurez de esta, mientras más madura o diferenciada esté, menor cantidad de vacuolas encontraremos en esta. En las células maduras la vacuola puede ocupar hasta un 90% del volumen. 8. EL RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO, es un sistema de membranas tridimensional presente en células eucarióticas, que divide el citoplasma en compartimientos y canales. La abundancia de este organelo en la célula depende de: el tipo de célula, actividad metabólica y estado de desarrollo. La función principal del retículo endoplasmático es servir como un sistema de comunicación dentro de la célula (intracelular). También es responsable de la comunicación entre células adyacentes (comunicación intercelular) a través de plasmodesmas (hebras citoplasmáticas que se extienden de una célula a otra a través de la pared celular). Biología Unidad 1 7. LOS RIBOSOMAS, son pequeñas partículas que consisten de RNA y proteínas. Es el lugar donde se sintetizan las proteínas. Los ribosomas pueden encontrarse libres en el citoplasma o adheridas al RER (Retículo Endoplasmático Rugoso). Lo más común es que se encuentre en ambos sitios a la vez. Los ribosomas, que están activamente envueltos en síntesis de proteínas, se encuentran en grupos llamados polisomas o poliribosomas, estos generalmente se encuentran adheridos a la membrana nuclear. Séptimo 8 GIMNASIO VIRTUAL SAN FRANCISCO JAVIER “Valores y Tecnología para la Formación Integral del Ser Humano” Otra función del retículo endoplasmático: es el lugar donde se lleva a cabo la síntesis de membrana dentro de la célula. a. Retículo endoplasmático rugoso, contiene ribosomas adheridos en la superficie externa. Estos ribosomas se encuentran en forma de polisomas. Este retículo está envuelto en la secreción, almacenamiento y síntesis de proteínas. b. Retículo endoplasmático liso, posee forma tubular y está envuelto en la secreción de lípidos. 9. EL APARATO DE GOLGI, es el término que se utiliza para agrupar a todos los dictiosomas o cuerpos de Golgi en la célula. Los dictiosomas están compuestos de sacos en forma de discos (cisternas) agrupados unos sobre otros, y los cuales se ramifican en una serie compleja de túbulos. Los dictiosomas están envueltos en secreción; sin embargo, los productos secretados por este no son necesariamente sintetizados completamente ahí. Por ejemplo los dictiosomas secretan glicoproteínas (carbohidrados + proteínas), la porción proteica se sintetiza en el retículo endoplasmático rugoso, y luego pasa al dictiosoma donde se sintetiza la porción de carbohidrados para luego ensamblar la glicoproteína que será secretada. Los dictiosomas también están envueltos en la síntesis de la pared celular en plantas superiores. 10. LOS MICROTÚBULOS, son estructuras cilíndricas y largas, de aproximadamente 24 nm en diámetro y de longitud variable. Los encontramos en casi todas las células eucarióticas. Cada microtúbulo se compone de subunidades de proteínas llamadas tubulina. Estas subunidades están arregladas en una hélice para formar 13 filamentos verticales alrededor de un hueco central. Los microtúbulos están envueltos en el crecimiento ordenado de la pared celular, ya que controlan el alineamiento de las microfibrillas de celulosa (componentes de la pared celular). Otra función es dirigir las vesículas del dictiosoma a la pared celular que se está formando. Y, además, es un componente importante de flagelos y cilios. 11. LOS MICROFILAMENTOS, son proteínas contráctiles compuestas de actina. Son filamentos largos de 59 nm de ancho. Se encuentran en grupos en las células de plantas superiores, y probablemente juegan un papel importante en el flujo citoplasmático. Junto con los microtúbulos forman el citoesqueleto. 12. LAS SUSTANCIAS ERGÁSTICAS, son productos pasivos del protoplasto como, por ejemplo, productos de almacenamiento, productos de desecho y otros. Estas sustancias aparecen y desaparecen a lo largo de la vida de la célula, entre estas encontramos: granos de almidón, cristales, pigmentos autocianinos, gotas de aceite, resinas, látex y otros. Estas sustancias se encuentran en la pared celular, matriz citoplasmática y organelos, incluyendo las vacuolas. 14. LA PARED CELULAR, es la característica más distintiva de las células vegetales. Entre la importancia de la pared celular tenemos que: limita el tamaño de la célula, lo que evita su ruptura debido a la obtención de agua por la vacuola; juega un papel muy importante en la absorción, transporte y secreción de sustancias, y sirve de lugar para la actividad lisosomal o digestiva de la célula vegetal. Su componente más característico es la celulosa, esta a su vez se compone de moléculas de glucosa. El marco de celulosa que se encuentra en Biología Unidad 1 13. LOS FLAGELOS y CILIOS, son estructuras en forma de cabello encontradas en las células eucarióticas. Son estructuras alargadas y estrechas que varían en tamaño, los más largos son llamados flagelos y los más cortos cilios. La función de estos en las células vegetales es la locomoción en los gametos o células sexuales (espermatozoides). Séptimo 9 GIMNASIO VIRTUAL SAN FRANCISCO JAVIER “Valores y Tecnología para la Formación Integral del Ser Humano” la pared celular está asociado con una matriz de moléculas no celulocíticas que son: hemicelulosa, sustancias pectínicas, lignina (sirve para añadir rigidez a la pared), cutina, suberina y ceras, estas últimas tres son sustancias grasas que se encuentran en la pared exterior y tejidos vegetales. La cutina y la suberina actúan en conjunto con las ceras para proteger a la planta de la desecación. La pared celular varía grandemente en espesor, según del papel de la célula en la planta y también de la edad de la célula individual. La pared celular está compuesta por tres capas: lamela media, pared primaria y pared secundaria. a. Lamela media, está compuesta de sustancias pécticas. Esta es difícil de distinguir de la pared primaria, especialmente en células donde la pared primaria es gruesa. b. Pared primaria, esta capa de celulosa se deposita antes y durante el crecimiento de la célula. Esta pared primaria, además de celulosa, contiene hemicelulosas, pectinas y glicoproteínas. Igualmente, la pared primaria puede lignificarse (esto es almacenar lignina). El componente pectínico le imparte propiedades elásticas a la pared, lo que permite que la pared primaria sea elástica. Las células que están activas en división solo contienen pared primaria; estas células pueden perder su forma celular especializada, dividirse y diferenciarse en nuevas células. Por esta razón estas células con pared primaria ayudan a cicatrizar las heridas de las plantas, además del proceso de regeneración. c. Pared secundaria, esta se deposita por el protoplasto dentro de la pared primaria. Esto ocurre luego de que la célula ha dejado de crecer. La celulosa es más abundante en las paredes secundarias. Las sustancias pectínicas están ausentes, al igual que las glicoproteínas. Algunas de las características de la pared secundaria es que son rígidas y su matriz está compuesta de hemicelulosas. La importancia de las paredes secundarias en células especializadas es que funcionan en conducción de agua. En estas células el protoplasto muere luego que la pared secundaria ha sido depositada. LA MEMBRANA PLASMÁTICA La membrana celular Rodea a toda la célula y mantiene su integridad. Está compuesta por dos sustancias orgánicas: proteínas y lípidos, específicamente fosfolípidos. Los fosfolípidos están dispuestos formando una doble capa, donde se encuentran sumergidas las proteínas. Es una estructura dinámica. Es una membrana semipermeable o selectiva, esto indica que solo pasan algunas sustancias (moléculas) a través de ella. Biología Unidad 1 Se caracteriza porque: Séptimo 10 GIMNASIO VIRTUAL SAN FRANCISCO JAVIER “Valores y Tecnología para la Formación Integral del Ser Humano” Tiene la capacidad de modificarse, y en este proceso forma poros y canales. Funciones Regula el paso de sustancias hacia el interior de la célula, y viceversa. Esto quiere decir que incorpora nutrientes al interior de la célula y permite el paso de desechos hacia el exterior. Como estructura dinámica, permite el paso de ciertas sustancias e impide el paso de otras. Aísla y protege a la célula del ambiente externo. Las células incorporan ciertas sustancias y eliminan otras, es decir interactúan con el medio, gracias a las propiedades de la membrana. Los procesos más comunes que se llevan a cabo para este intercambio, son los de difusión, ósmosis y diálisis. EL CITOPLASMA Soporte de la célula Se caracteriza porque: Es una estructura celular que se ubica entre la membrana celular y el núcleo. Contiene un conjunto de estructuras muy pequeñas, llamadas organelos celulares. Está constituido por una sustancia semilíquida. Químicamente, está formado por agua, y en él se encuentran en suspensión, o disueltas, distintas sustancias como proteínas, enzimas, líquidos, hidratos de carbono, sales minerales, etc. Funciones Nutritiva: al citoplasma se incorporan una serie de sustancias, que van a ser transformadas o desintegradas para liberar energía. De almacenamiento: en el citoplasma se almacenan ciertas sustancias de reserva. Estructural: el citoplasma es el soporte que da forma a la célula y la base de sus movimientos. Los organelos celulares Biología Unidad 1 Séptimo 11 GIMNASIO VIRTUAL SAN FRANCISCO JAVIER “Valores y Tecnología para la Formación Integral del Ser Humano” Son pequeñas estructuras intracelulares, delimitadas por una o dos membranas. Cada una de estas realiza una determinada función, lo que permite la vida de la célula. Por la función que cumple cada organelo, la gran mayoría se encuentra en todas las células, a excepción de algunos que solo están presentes en ciertas células de determinados organismos. Mitocondrias: en los organismos heterótrofos, las mitocondrias son fundamentales para la obtención de la energía. Son organelos de forma elíptica; están delimitados por dos membranas, una externa y lisa, y otra interna, que presenta pliegues, capaces de aumentar la superficie en el interior de la mitocondria. Poseen su propio material genético llamado DNA mitocondrial. La función de la mitocondria es producir la mayor cantidad de energía útil para el trabajo que debe realizar la célula. Con ese fin, utiliza la energía contenida en ciertas moléculas. Por ejemplo, tenemos el caso de la glucosa. Esta molécula se transforma primero en el citoplasma y posteriormente en el interior de la mitocondria, hasta CO2 (anhídrido carbónico), H2O (agua) y energía. Esta energía no es ocupada directamente, sino que se almacena en una molécula especial llamada ATP (adenosin trifosfato). El ATP se difunde hacia el citoplasma para ser ocupado en las distintas reacciones en las cuales se requiere de energía. Al liberar la energía, el ATP queda como ADP (adenosin difosfato), el cual vuelve a la mitocondria para transformarse nuevamente en ATP. La formación del ATP puede representarse mediante la siguiente reacción química: Energía ADP + P + ----------------> ATP (P = fosfato) Esta reacción permite almacenar la energía. En tanto, el proceso inverso, de liberación de energía, es: ---------------->ADP + P + Energía Cloroplastos: son organelos que se encuentran solo en células que están formando a las plantas y algas verdes. Son más grandes que las mitocondrias, y están rodeados por dos membranas: una externa y otra interna. Poseen su propio material genético llamado DNA Biología Unidad 1 ATP Séptimo 12 GIMNASIO VIRTUAL SAN FRANCISCO JAVIER “Valores y Tecnología para la Formación Integral del Ser Humano” plastidial, y en su interior se encuentra la clorofila (pigmento verde) y otros pigmentos. Los cloroplastos son los organelos fundamentales en los organismos autótrofos; es decir, aquellos capaces de fabricar su propio alimento. En estos ocurre la fotosíntesis. Para que esta se realice, se requiere de CO2, agua y energía solar, sustancias con las cuales la planta fabrica glucosa. Esta molécula le sirve de alimento al vegetal y a otros seres vivos. Así se forma, también, el oxígeno que pasa hacia la atmósfera. Clorofila 6CO2 +6H2O + Energía----------------> glucosa + 6O2 Otros organelos celulares Ribosomas, retículo endoplasmático, aparato de Golgi, lisosomas, centríolos y vacuolas, son los otros organelos que permiten la vida de la célula. Ribosomas: son pequeños corpúsculos que se encuentran libres en el citoplasma, como gránulos independientes, o formando grupos, lo que constituye los polirribosomas. También pueden estar asociados a la pared externa de otro organelo celular, llamado retículo endoplasmático rugoso. En los ribosomas tiene lugar la síntesis de proteínas, cuyo fin es construir el cuerpo celular, regular ciertas actividades metabólicas, etc Retículo endoplasmático: corresponde a un conjunto de canales y sacos aplanados, que ocupan una gran porción del citoplasma. Están formados por membranas muy delgadas y comunican el núcleo celular con el medio extracelular o medio externo. Existen dos tipos de retículo. Uno es el llamado rugoso, en la superficie externa de su membrana van adosados ribosomas. Su función consiste en transportar proteínas que fueron sintetizadas por los ribosomas y, además, algunas proteínas que forman parte de ciertas membranas de distintas estructuras de la célula. Aparato de Golgi: está delimitado por una sola membrana y formado por una serie de sacos membranosos aplanados y apilados uno sobre otro. Alrededor de estos sacos hay una serie de bolsitas membranosas llamadas vesículas. El aparato de Golgi existe en las células vegetales – Biología Unidad 1 El otro tipo es el liso. Carece de ribosomas y está asociado a ciertas reacciones relacionadas con la producción de sustancias de naturaleza lipídica (lípidos o grasas). Séptimo 13 GIMNASIO VIRTUAL SAN FRANCISCO JAVIER “Valores y Tecnología para la Formación Integral del Ser Humano” dictiosoma– y animales. Actúa muy estrechamente con el retículo endoplasmático rugoso. Es el encargado de distribuir las proteínas fabricadas en este último, ya sea dentro o fuera de la célula. Además, adiciona cierta señal química a las proteínas, que determina el destino final de estas. Lisosomas: es un organelo pequeño, de forma esférica, rodeado por una sola membrana. En su interior, contiene ciertas sustancias químicas llamadas enzimas –que permiten sintetizar o degradar otras sustancias–. Los lisosomas están directamente asociados a los procesos de digestión intracelular. Esto significa que, gracias a las enzimas que están en el interior, se pueden degradar proteínas, lípidos, hidratos de carbono, etc. En condiciones normales, los lisosomas degradan membranas y organelos, que han dejado de funcionar en la célula. Centriolos: están presentes en las células animales. En la gran mayoría de las células vegetales no existen. Conformados por un grupo de nueve túbulos ordenados en círculos, participan directamente en el proceso de división o reproducción celular, llamado mitosis. Vacuolas: son vesículas o bolsas membranosas, presentes en la célula animal y vegetal; en esta última son más numerosas. BIOQUÍMICA CELULAR El ser vivo, posea la complejidad estructural que posea, necesita energía para vivir y desarrollar todas y cada una de sus funciones vitales. Esta energía, imprescindible para las múltiples actividades de los diversos organismos, procede de la energía almacenada en los enlaces químicos de las biomoléculas que los seres vivos poseen (glúcidos, lípidos, proteínas, etc.). Biología Unidad 1 Fisiología celular Séptimo 14 GIMNASIO VIRTUAL SAN FRANCISCO JAVIER “Valores y Tecnología para la Formación Integral del Ser Humano” De esta manera estas biomoléculas energéticas, que sirven de combustible a la célula, son utilizadas en los diversos compartimentos celulares, y de estas es extraída la energía necesaria para todos los procesos vitales celulares. El aporte de energía debe ser continuo para mantener el orden biológico. Si los seres vivos solo tomaran energía de sus propias estructuras, se irían poco a poco consumiendo a sí mismos, lo cual no mantendría el orden biológico. Por esta razón, frente a las vías de destrucción molecular (catabolismo energético) deben existir otras vías de construcción molecular (anabolismo energético). Estas vías son construidas unas veces a partir de moléculas capturadas y consumidas de otros seres vivos, y otras (en algas y vegetales) son construidas por procesos complejos como la fotosíntesis. Consideraciones generales sobre metabolismo El metabolismo comprende una serie de transformaciones químicas y procesos energéticos que ocurren en el ser vivo. Para que sucedan cada una de esas transformaciones se necesitan enzimas que originen sustancias que sean, a su vez, productos de otras reacciones. El conjunto de reacciones químicas y enzimáticas se denomina ruta, o vía metabólica. El catabolismo es el metabolismo de degradación de sustancias con liberación de energía. El anabolismo es el metabolismo de construcción de sustancias complejas con necesidad de energía en el proceso. En las rutas metabólicas se necesitan numerosas y específicas enzimas para conformar los pasos y productos intermedios de las rutas. Pero, además, son necesarios varios tipos de moléculas indispensables para su desarrollo final: Metabolitos (moléculas que ingresan en la ruta para su degradación o para participar en la síntesis de otras sustancias más complejas), nucleótidos (moléculas que permiten la oxidación y reducción de los metabolitos), moléculas energéticas (ATP y GTP o la coenzima A que, al almacenar o desprender fosfato de sus moléculas, libera o almacena energía), moléculas ambientales (oxígeno, agua, dióxido de carbono, etc., que se encuentran al comienzo o final de algún proceso metabólico). Biología Unidad 1 EXTRAÍDO DE: http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/2bachillerato/Fisiologia_celular/contenidos1.htm Séptimo 15 GIMNASIO VIRTUAL SAN FRANCISCO JAVIER “Valores y Tecnología para la Formación Integral del Ser Humano” TEJIDOS VEGETALES Histología vegetal En los vegetales existen dos tipos de tejidos: los meristemáticos o embrionarios y los definitivos o adultos. Meristemáticos: son los responsables del crecimiento del vegetal. Constituyen células pequeñas, poliédricas, con finas paredes y pequeñas vacuolas. Se dividen activamente y dan otras nuevas que se diferencian para dar lugar a las demás. Hay meristemos apicales (hacen crecer al vegetal en longitud: raíz y tallo) y los meristemos laterales (hacen crecer al vegetal en grosor: cambium). Definitivos: están distribuidos por la planta en tres tipos de sistemas: Sistema fundamental: con tres tipos de tejidos: parénquima, colénquima y esclerénquima. Los tres tienen funciones muy diversas e importantes (cicatrización, fotosíntesis, almacén de sustancias de reserva, secreción, soporte, estructural, etc.). Sistema vascular: con los tejidos conductores de savia: xilema y floema. Sistema epidérmico: con la epidermis (al regular el paso de sustancias y gases entre el interior y el exterior de la planta) y la peridermis (que reemplaza a la epidermis en tallos y raíces de crecimiento secundario). Biología Unidad 1 EXTRAÍDO DE: http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/1bachillerato/organizacion_sv/contenidos9.htm Séptimo 16 GIMNASIO VIRTUAL SAN FRANCISCO JAVIER “Valores y Tecnología para la Formación Integral del Ser Humano” TEJIDOS ANIMALES La especialización en los tejidos animales es fantástica. Existen más de 200 tejidos animales diferentes, dentro de un mismo vertebrado, agrupados en unos cuantos tejidos generales: epitelios, muscular, nervioso y conectivo. Tejidos epiteliales: según su función, existen dos tipos: epitelios de revestimiento y glandulares. De revestimiento: recubren la superficie corporal y los órganos internos. Se unen sus células estrechamente formando capas. Estas células pueden ser planas (endotelios: protegen pero permiten el intercambio de sustancias: pared de capilares sanguíneos) o poliédricas (epitelios: con microvellosidades, cilios, o capas de células estratificadas). Glandulares: son células secretoras que se asocian en glándulas, que pueden ser endocrinas (secreción interna) o exocrinas (secreción externa). Tejido muscular: responsable de los movimientos. Son células alargadas contráctiles. Muscular estriado: con proteínas de actina y miosina. Existen dos tipos: uno estriado esquelético, que es de movimiento voluntario, y mueve los huesos del esqueleto. Otro estriado cardiaco, que es de movimiento involuntario, y mueve el corazón. Muscular liso: su contracción se realiza sin control consciente. Tapiza vasos sanguíneos y rodea órganos internos (intestino y útero). Tejido nervioso: recibe estímulos y los conduce por el resto del cuerpo. Tiene dos tipos celulares: neuronas (que reciben estímulos diferentes y los transforma en impulsos nerviosos hasta un órgano efector) y neuroglia (que desempeña funciones metabólicas, de soporte y protección de las neuronas). Tejidos conectivos: tejidos variados con función de protección y soporte. Células dispersas, variadas y con una sustancia matriz que las une. Tejido conjuntivo: laxo (que rellena espacios entre órganos y otros tejidos: fibrocitos, macrófagos y adipocitos). Biología Unidad 1 Séptimo 17 GIMNASIO VIRTUAL SAN FRANCISCO JAVIER “Valores y Tecnología para la Formación Integral del Ser Humano” Tejido cartilaginoso: función de formar las articulaciones entre los huesos, formar esqueletos, dar soporte, etc. Tejido óseo: mineralizado, con gran dureza; su misión es esquelética. Existe un tejido óseo esponjoso (en la epífisis de los huesos largos) y otro compacto (en la diáfisis de los huesos largos). Tejidos vasculares: La sangre y la linfa. Están formados por una matriz fundamental líquida, el plasma que mantiene en suspensión diversos tipos celulares. EXTRAÍDO DE: http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/1bachillerato/organizacion_sv/contenidos10.htm BIBLIOGRAFÍA Sugerida para esta unidad y desarrollo de la guía. Libro: La vida en la Tierra – Editorial Prentice Hall 2. 3. 4. 5. 6. 7. http://wps.prenhall.com/wps/media/objects/1113/1140182/4_1.html http://wps.prenhall.com/wps/media/objects/1113/1140182/4_2.html http://wps.prenhall.com/wps/media/objects/1113/1140262/5_1.html http://wps.prenhall.com/wps/media/objects/1113/1140262/5_2.html http://wps.prenhall.com/wps/media/objects/1113/1140341/6_1.html http://wps.prenhall.com/wps/media/objects/1113/1140410/7_2.html http://wps.prenhall.com/wps/media/objects/1113/1140478/8_1.html Libro: Biología Helena Curtis – Editorial Médica Panamericana http://biologia-jct.iespana.es/curtis/inicio.htm Otras páginas relacionadas con el tema: 1. http://www.hiperbiologia.net/cel_euca/index.htm 2. http://www.aula2005.com/html/cn3eso/04moleculescelules/04moleculesceluleses.ht m 3. http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/2bachillerato/La_celula/contenidos.htm 4. http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/2bachillerato/Fisiologia_celular/conteni dos.htm Biología Unidad 1 1. Séptimo 18 GIMNASIO VIRTUAL SAN FRANCISCO JAVIER “Valores y Tecnología para la Formación Integral del Ser Humano” 5. http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/4ESO/seruni- Biología Unidad 1 pluricelulares/contenidos.htm Séptimo 19