Área: Ciencia y Tecnología Grado: Cuarto A, B, C, D Profesor: Mg. Luis Arturo Llacsahuanga Granadino MEMBRANA CELULAR La membrana celular tiene un grosor promedio de 7,3 nm3. ¿Qué es la membrana celular? Se denomina membrana celular, membrana plasmática, plasmalema o membrana citoplasmática a una doble capa de fosfolípidos que rodea y delimita a las células, separando al interior del exterior y permitiendo el equilibrio físico y químico entre el entorno y el citoplasma de la célula. Se trata de la parte más externa de la célula. Esta membrana no es visible al microscopio óptico (sí al electrónico), ya que tiene un grosor promedio de 8 nm (1 nm = 10-9 m) y está ubicada, en las células vegetales y en las de los hongos, por debajo de la pared celular. La característica primordial de la membrana celular es su permeabilidad selectiva, es decir, su capacidad de permitir o rechazar el ingreso de determinadas moléculas al interior de la célula, regulando así el paso de agua, nutrientes o sales iónicas, para que el citoplasma siempre esté en sus condiciones óptimas de potencial electroquímico (cargado negativamente), de pH o de concentración. Función de la membrana celular La membrana permite dar paso a las sustancias deseadas y negar el paso a las indeseadas. La membrana celular cumple con las siguientes funciones: Área: Ciencia y Tecnología Grado: Cuarto A, B, C, D Profesor: Mg. Luis Arturo Llacsahuanga Granadino • • • • Delimitación. Define y protege mecánicamente a la célula, distinguiendo el exterior del interior, y una célula de otra. Además, es la primera barrera de defensa frente a otros agentes invasores. Administración. Su selectividad le permite dar paso a las sustancias deseadas en la célula y negar el ingreso a las indeseadas, sirviendo de comunicación entre el exterior y el interior a la vez que regula dicho tránsito. Preservación. A través del intercambio de fluidos y sustancias, la membrana permite mantener estable la concentración de agua y otros solutos en el citoplasma, mantener su pH nivelado y su carga electroquímica constante. Comunicación. La membrana puede reaccionar ante estímulos provenientes del exterior, transmitiendo la información al interior de la célula y poniendo en marcha procesos determinados como la división celular, el movimiento celular o la segregación de sustancias bioquímicas. Estructura de la membrana celular Los lípidos son primordialmente colesterol, pero también fosfoglicéridos y esfingolípidos. La membrana celular se compone de dos capas de lípidos anfipáticos, cuyas cabezas polares hidrófilas (afinidad por el agua) se orientan hacia adentro y hacia afuera de la célula, manteniendo en contacto sus partes hidrófobas (que rechazan el agua), de forma semejante a un sándwich. Estos lípidos son primordialmente colesterol, pero también fosfoglicéridos y esfingolípidos. También posee un 20 % de proteínas integrales y periféricas, que cumplen funciones de conexión, transporte, recepción y catálisis. Las proteínas integrales de la membrana están incrustadas en la bicapa con sus superficies hidrófilas expuestas al entorno acuoso y sus superficies hidrófobas en contacto con el interior hidrófobo de la bicapa. Las proteínas transmembrana son proteínas integrales que atraviesan completamente el espesor de la membrana. Las proteínas periféricas de la membrana se asocian con la superficie de la bicapa, normalmente se unen a las regiones expuestas de proteínas integrales y se separan con facilidad sin perturbar la estructura de la membrana. Gracias a ellas se da también el reconocimiento celular, una forma de comunicación bioquímica. Por último, la membrana celular posee componentes glúcidos (azúcares), ya sean polisacáridos u oligosacáridos, que se hallan en la parte exterior de la membrana formando un glicocalix. Estos azúcares representan apenas el 8 % del peso seco de la membrana y sirven como material de soporte, Área: Ciencia y Tecnología Grado: Cuarto A, B, C, D Profesor: Mg. Luis Arturo Llacsahuanga Granadino como identificadores en la comunicación intercelular y como protección de la superficie de la célula de agresiones mecánicas y químicas. Transporte activo y transporte pasivo Las membranas forman compartimentos dentro de las células eucariotas que permiten una variedad de funciones separadas. Además, sirven como superficies para las reacciones bioquímicas. Muchos iones y pequeñas moléculas se mueven a través de las membranas biológicas por transporte pasivo (sin gasto de energía) y por transporte activo (con gasto de energía). La difusión es el movimiento neto de una sustancia a favor de su gradiente de concentración desde una región de mayor concentración a una de menor concentración. El transporte pasivo a través de la bicapa lipídica se denomina difusión simple y el que se realiza a través de canales iónicos y proteínas de membrana se denomina difusión facilitada. La ósmosis es un tipo de difusión en la cual las moléculas de agua pasan a través de una membrana semipermeable de una región con una concentración efectiva de agua mayor a una región donde su concentración efectiva es menor. En el transporte activo, la célula gasta energía metabólica para mover los iones o moléculas a través de una membrana, contra un gradiente de concentración. El transporte activo primario, también llamado transporte activo directo, utiliza energía metabólica en forma directa para transportar moléculas a través de la membrana. Por ejemplo, la bomba de sodiopotasio utiliza ATP para bombear iones de sodio fuera de la célula y iones de potasio dentro de la célula. En el cotransporte, también llamado transporte activo indirecto, dos solutos son trasladados al mismo tiempo. Una bomba de ATP accionada mantiene un gradiente de concentración. Entonces una proteína transportadora cotransporta dos solutos. Se traslada un soluto bajo su gradiente de concentración y utiliza la energía liberada para mover otro soluto en contra de su gradiente de concentración. Endocitosis y exocitosis En la endocitosis los materiales son incorporados en la célula. Algunos de los materiales más grandes, como moléculas de gran tamaño, partículas de alimentos o incluso células pequeñas, también se mueven dentro o fuera de las células. Son trasladados Área: Ciencia y Tecnología Grado: Cuarto A, B, C, D Profesor: Mg. Luis Arturo Llacsahuanga Granadino por exocitosis y endocitosis. Al igual que el transporte activo, estos procesos requieren un gasto de energía directamente de la célula. Esto se da a través de la formación de vesículas en la membrana celular que, dependiendo de si entran o salen, permiten disolver el material deseado en el citoplasma o por el contrario, en el medio ambiente. • • • • • En la exocitosis. Una célula expulsa sustancias de desecho o productos de secreción (como las hormonas) mediante la fusión de una vesícula con la membrana plasmática. En la endocitosis. Los materiales son incorporados en la célula. Varios tipos de mecanismos de endocitosis operan en los sistemas biológicos, incluyendo la fagocitosis, pinocitosis y la endocitosis mediada por un receptor. En la pinocitosis (“células bebiendo”). La célula toma los materiales disueltos. En la endocitosis mediada por receptores. Moléculas específicas se combinan con las proteínas del receptor en la membrana plasmática. La endocitosis mediada por receptores es el mecanismo principal por el cual las células eucariotas toman macromoléculas. En la fagocitosis (literalmente, “células comiendo”). La célula ingiere partículas grandes de sólidos como alimento o bacterias. Esto último es vital en el caso de ciertas células y organismos unicelulares que fagocitan (envuelven en su membrana) el material para nutrición. CITOPLASMA El citoplasma comunica el medio interno de la célula con el externo. ¿Qué es el Citoplasma? El citoplasma es el medio interno de la célula. Es un sistema coloidal de consistencia gelatinosa y heterogénea, compuesto por orgánulos e hialoplasma. Se ubica entre la membrana citoplasmática y el núcleo celular. El citoplasma comprende todo el volumen de la célula excepto el núcleo de la misma. Al momento de su descubrimiento se pensaba que el citoplasma era una bolsa acuosa que contenía internamente moléculas y partículas de diferentes clases y que actuaban de manera libre en su interior. Posteriormente se entiende que el citoplasma está compuesto de varios subtipos de estructuras subcelulares delimitadas. La función del citoplasma es la de comunicar el medio interno de la célula con el externo. A continuación, exponemos sus características principales. Descubrimiento del citoplasma Quien descubrió el citoplasma fue el científico Robert Hooke en el año 1665. Él observo el citoplasma a través del microscopio y le dio la sensación de estar viendo un panal de abejas a través del microscopio. Área: Ciencia y Tecnología Grado: Cuarto A, B, C, D Profesor: Mg. Luis Arturo Llacsahuanga Granadino Origen de la palabra citoplasma Significa plasma o sustancia formadora. Anteriormente a este citoplasma se lo conocía como protoplasma. Matriz citoplasmática Constituye el centro mismo del citoplasma. Dentro de esta matriz se generan la mayor cantidad de cambios y funciones que produce el citoplasma. Presencia del citoplasma El retículo endoplasmático rugoso está presente solo en las células eucariotas. El citoplasma se encuentra tanto en células eucariotas o en procariotas. Pero es dentro de las células eucariotas que este citoplasma está compuesto por: • • Retículo endoplasmático liso. Retículo endoplasmático rugoso. Está presente en las células eucariotas. No en las procariotas. A la combinación de ambos se le conoce como red de membrana. Variaciones del citoplasma Este estado no sólo puede variar de un organismo a otro sino que también puede presentar variaciones de una célula a otra de un mismo organismo. Membrana citoplasmática Se pueden distinguir 2 tipos de citoplasma. • • Ectoplasma. Aquella que se encuentra más cerca de la membrana más externa. Endoplasma. Porción de citoplasma que se encuentra más cerca de la parte interna. Composición del citoplasma El citoesqueleto mantiene la estructura de la célula y facilita su movimiento. Área: Ciencia y Tecnología Grado: Cuarto A, B, C, D Profesor: Mg. Luis Arturo Llacsahuanga Granadino • • • • • Citosol. Matriz coloidal que sostiene a los órganos celulares. Conforma el medio interno. Se conforma por líquido y proteínas. Citoesqueleto. Es una estructura conformada por filamentos de proteínas. Su función es mantener la estructura de la célula y facilitar su movimiento. Dentro de la estructura del citoesqueleto, los filamentos que lo componen pueden ser de diferente clase: Micro túbulos. Estructuras cilíndricas huecas y rectilíneas. Se conforman de proteínas llamadas heterodimenos de tubulina. Estas proteínas pueden ser, a su vez, alfa o beta, se unen entre sí y forman a la estructura tubular llamada micro túbulo. Existen algunos micro túbulos que son estables (y se encuentran siempre dentro del citoplasma y otros que no están presentes siempre. A estos se los llama temporales. Filamentos de actina. Es una estructura de menor grosor. Se conforma por cadenas. Cada cadena se conoce como monómero de actina (proteína). Filamentos intermedios. Poseen un grosor intermedio, de allí deriva su nombre. Es el más heterogéneos de los 3. Existen diferentes tipos de filamentos intermedios. Dentro de los más conocidos están las queratinas o los neurofilamentos. Acción de la temperatura en el citoplasma Los cambios de la temperatura de la célula pueden variar el estado físico del citoplasma. De este modo se puede volver más o menos sólida de acuerdo a las necesidades de la célula. ¿Cuál es la función del citoplasma? El citoplasma permite que la célula conserve su forma. Ocupa la mayor parte de la célula. Además, le brinda elasticidad a la célula. Sirve como un sostén, pero también es un medio de comunicación de la célula. Debe contener enzimas, ARN y otras sustancias de la célula. Componentes del citoplasma El citoplasma se compone en un 80% de agua. Dentro del citoplasma existen diferentes elementos que cumplen diversas funciones: • • • • Orgánulos celulares. Son estructuras que tiene diferentes funciones dentro de las células. Agua. El 80% del citoplasma es agua. Mitocondria. Provee energía a la célula. Aparato de Golgi. Envía las partes de la célula al sector correspondiente. ORGANELOS CELULARES Los organelos u orgánulos son estructuras especializadas dentro de la célula eucariota que desempeñan funciones específicas (son los “órganos internos” de la célula). Área: Ciencia y Tecnología Grado: Cuarto A, B, C, D Profesor: Mg. Luis Arturo Llacsahuanga Granadino Clasificación: Orgánelos unidos a la membrana: • Membrana plasmática • Núcleo • Aparato de Golgi • Retículo endoplásmico • Mitocondrias • Lisosomas • Peroxisomas • Vacuolas Orgánelos no unidos a la membrana: • Ribosomas • Centríolos • Núcleos • Proteasomas • Flagelos/cilios ACTIVIDAD DE EXTENSIÓN 1. Elaborar un mapa mental de la lectura de la ficha. 2. Elaborar, de manera grupal una maqueta de: 1. 2. 3. 4. La Célula vegetal (CUARTO “A”) La Célula Animal (CUARTO “B”) Membrana Celular (CUARTO “C”) Célula Animal, señalando sus organelos (CUARTO “D”)