Citología by Victor Lillo

MATERIAL COMPLEMENTARIO DE BIOLOGIA LA CÉLULA

Características generales de las células: La célula es una unidad básica de un organismo capaz de actuar de manera autónoma. Todos los organismos vivos están formados por células, y en general se acepta que ningún organismo es un ser vivo si no consta al menos de una célula. Algunos organismos microscópicos, como bacterias y protozoos, son células únicas, mientras que los animales y plantas están formados por muchos millones de células organizadas en tejidos y órganos. Aunque los virus realizan muchas de las funciones propias de la célula viva, carecen de vida independiente, capacidad de crecimiento y reproducción propia de las células y, por tanto, no se consideran seres vivos.

Neuronas

Parénquima clorofiliano de una hoja

Células sanguíneas

Hay células de formas y tamaños muy variados, algunas de las células bacterianas más pequeñas tienen forma cilíndrica de menos de un micrómetro o µm 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. Sistema métrico decimal y relación de tamaños

MATERIAL COMPLEMENTARIO DE BIOLOGIA Unidades de longitud: 1 metro (mt)

= 100 centímetros (cms)

1 micrómetro (µm) = 1000 nanómetros (nm)

1 centímetro (cm) = 10 milímetros (mm)

1 nanómetro (nm) = 10 angströms (A)

1 milímetro (mm) = 1000 micrómetros (µm) Células procariontes y eucariontes: Entre las células procarióticas y eucarióticas hay diferencias fundamentales en cuanto a tamaño y organización interna. Las procariontes, que comprenden bacterias y cianobacterias (antes llamadas algas verde azuladas), son células pequeñas, entre 1 y 5 µm de diámetro, y de estructura sencilla; el material genético (ADN) está concentrado en una región, pero no hay ninguna membrana que separe esta región del resto de la célula. Las células eucariontes, que forman todos los demás organismos vivos, incluidos Protozoos, Vegetales, Hongos y Animales, son mucho mayores (entre 10 y 50 µm de longitud) y tienen el material genético envuelto por una membrana que forma un órgano esférico conspicuo llamado núcleo. De hecho, el término eucarionte deriva del griego ‘núcleo verdadero’, mientras que procarionte significa “antes del núcleo”. Estructura/Proceso Membrana nuclear

Cromosomas División celular

Células eucariontes Presente Combinado con proteínas (histonas) Múltiples Mitosis o Meiosis

Mitocondria

Presente (con ribosomas 70S)

Cloroplasto

Presentes en células vegetales (con ribosomas 70S)

ADN

Ribosomas Pared celular Nucléolos Retículo endoplasmatico

Órganos de locomoción

Células procariontes Ausente Desnudo y circular Único Fisión binaria Ausente. Los procesos bioquímicos equivalentes tienen lugar en la membrana citoplasmática. 70S (a 50S y 30S sus subunidades)

80S (a 60S y 40S sus subunidades) Presente en vegetales, constituida por celulosa o por quitina en Presente, constituida por mureína hongos Presente Ausente Presente Ausente Cilios y flagelos que al corte transversal presentan una distribución característica de microtúbulos: 9 + 2

Flagelos sin estructura 9+2

MATERIAL COMPLEMENTARIO DE BIOLOGIA Componentes de la célula eucarionte: Células vegetales y animales: Tanto las células de las vegetales como las de los animales son eucariontes, sin embargo presentan algunas diferencias:

Las células vegetales presentan una pared celular celulósica, rígida que evita cambios de forma y posición. Las células vegetales contienen plastidios, estructuras rodeadas por una membrana, que sintetizan y almacenan alimentos. Los más comunes son los cloroplastos. Casi todas las células vegetales poseen grandes vacuolas, que tienen por función dar turgencia, transportar y almacenar nutrientes, agua y productos de desecho. Las células vegetales complejas, carecen de ciertos organelos, como los centríolos y los lisosomas. Modelos de una célula animal y vegetal

Célula animal 3

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Citoplasma o citosol: El citoplasma comprende todo el volumen de la célula, salvo el núcleo, esta solución concentrada, en la que están suspendidos los organelos es un gel de base acuosa que contiene gran cantidad de moléculas grandes y pequeñas, y en la gran mayoría de las células, es el compartimiento más voluminoso. En el citoplasma se producen muchas de las funciones más importantes del mantenimiento celular, como las primeras etapas de descomposición de moléculas nutritivas y la síntesis de muchas de las grandes moléculas que constituyen la célula (metabolismo). Aunque muchas moléculas del citoplasma se encuentran en estado de solución, se desplazan con rapidez de un lugar a otro por difusión simple, otras están ordenadas de forma rigurosa. Estas estructuras ordenadas confieren al citoplasma una organización interna que actúa como marco para la fabricación y descomposición de grandes moléculas y canaliza muchas de las reacciones químicas celulares a lo largo de vías restringidas. Citoesqueleto: El citoesqueleto es una red de filamentos proteicos del citosol que ocupa el interior de todas las células animales y vegetales. Adquiere una relevancia especial en las animales, que carecen de pared celular rígida, pues el citoesqueleto mantiene la estructura y la forma de la célula. Actúa como bastidor para la organización de la célula y la fijación de organelos y enzimas. También es responsable de muchos de los movimientos celulares. En muchas células, el citoesqueleto no es una estructura permanente, sino que se desmantela y se reconstruye sin cesar. Se forma a partir de tres tipos principales de filamentos proteicos: microtúbulos, filamentos de actina y filamentos intermedios, unidos entre sí y a otras estructuras celulares por diversas proteínas. 4

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Los movimientos de las células eucarióticas están casi siempre mediados por los filamentos de actina o los microtúbulos. Muchas células tienen en la superficie pelos flexibles llamados cilios o flagelos, que contienen un haz de microtúbulos capaz de desarrollar movimientos y por lo tanto, requieren de energía. Los espermatozoides nadan con ayuda de flagelos, por ejemplo, y las células que revisten el intestino y otros conductos del cuerpo de los vertebrados tienen en la superficie numerosos cilios que impulsan líquidos y partículas en una dirección determinada. Se encuentran también filamentos de actina en las células musculares donde, junto con una proteína llamada miosina, generan contracciones. Los movimientos asociados con la división celular dependen en animales y plantas de los filamentos de actina y los microtúbulos distribuyen los cromosomas y otros componentes celulares entre las dos células hijas en fase de división. Esquema del citoesqueleto celular

Las membranas celulares: Para llevar a cabo las reacciones químicas necesarias en el mantenimiento de la vida, la célula necesita mantener un medio interno apropiado. Esto es posible porque las células se encuentran separadas del mundo exterior por una membrana limitante, la membrana plasmática. Además, la presencia de membranas internas en las células eucariontes proporciona compartimientos adicionales que limitan ambientes únicos en los que se llevan al cabo funciones altamente específicas, necesarias para la supervivencia celular. La mayoría de las células tienen membranas internas además de la membrana plasmática, forman y delimitan compartimentos donde se llevan a cabo las actividades bioquímicas de la célula. Las restantes membranas también constituyen barreras selectivas para el pasaje de sustancias. La membrana plasmática presenta las siguientes funciones:

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Es una barrera semipermeable, ya que aísla selectivamente el contenido de la célula del ambiente externo, permitiendo el paso de pocas moléculas y manteniendo la mayor parte de los productos producidos dentro de ella. Protección. Ayudar a la compartimentación intracelular. Regular el transporte desde y hacia la célula y de los dominios subcelulares. Servir como receptor de señales de determinadas moléculas y traspasar la señal al citoplasma. Permitir el reconocimiento celular. Proveer sitios de anclaje para los filamentos del citoesqueleto o los componentes de la matriz extracelular lo que permite el mantenimiento de la forma celular. Servir de sitio estable para la catálisis enzimática. Proveer de "puertas" que permitan el pasaje través de las membranas de diferentes células. Permitir direccionar la motilidad celular. Regular la fusión de la membrana con otra membrana por medio de uniones especializadas. Estructuras de la Membrana: La membrana plasmática tiene un grosor no mayor de 5 nm. Debido a que la mayor parte de las proteínas tiene un diámetro mayor a 10 nm, uno de los principales problemas para comprender la estructura básica de las membranas consistía en determinar la forma en que las moléculas se disponían en un espacio tan pequeño. La integración de los datos físico-químicos y las diversas técnicas de microscopía llevó al actual modelo de “mosaico fluido” (Singer y Nicolson (1972)). Según este modelo, las membranas constan de una bicapa lipídica (una doble capa de lípidos) en la cual están inmersas diversas proteínas. La bicapa lipídica ha sido establecida como la base universal de la estructura de la membrana celular. Es fácil de observar en una micrografía electrónica pero se necesitan técnicas especializadas como la difracción de rayos X y técnicas de criofractura para revelar los detalles de su organización. La membrana es una estructura semi-fluida, en ella sus componentes pueden realizar movimientos de traslación dentro de la misma. Esta fluidez implica que la mayoría de los componentes están unidos por uniones que no covalentes.

MATERIAL COMPLEMENTARIO DE BIOLOGIA Esquema del modelo fluido de membrana

1. 2. 3. 4. 5. 6.

Bicapa de fosfolípidos 7. Moléculas de fosfolípidos organizadas en bicapa Lado externo de la membrana 8. Moléculas de colesterol Lado interno de la membrana 9. Cadenas de carbohidratos Proteína intrínseca de la membrana 10. Glicolípidos Proteína canal iónico de la membrana 11. Región polar (hidrofílica) de un fosfolípido Glicoproteína 12. Región apolar (hidrofóbica) de un fosfolípido

Los lípidos son insolubles en agua pero se disuelven fácilmente en disolventes orgánicos. Constituyen aproximadamente el 50% de la masa de la mayoría de las membranas plasmáticas de las células animales, siendo casi todo el resto proteínas. La molécula primaria de la membrana celular es el fosfolípido, posee una "cabeza" polar (hidrofílica) y dos "colas" no polares (hidrofóbicas), son por tanto al presentar simultáneamente ambas composiciones (hidrofílica e hidrofóbica) se denominan antipáticos. Los fosfolípidos en la membrana se disponen en una bicapa con sus colas hidrofóbicas dirigidas hacia el interior, quedando de esta manera entre las cabezas hidrofílicas que delimitan la superficie externa e interna de la membrana. El espesor de la membrana es de alrededor de 7 nanómetros. Debido a que los fosfolípidos tienen un extremo que se asocia libremente con el agua y otro que no lo hace, cuando se encuentran dispersas en agua adoptan por lo general una conformación de capa doble. La bicapa permite que los grupos del extremo hidrofílico se asocien libremente con el medio acuoso, y que las cadenas hidrófobas de ácidos grasos permanezcan en el interior de la estructura, lejos de las moléculas de agua. El colesterol es otro componente importante de la membrana. Se encuentra embebido en el área hidrofóbica de la misma, su presencia contribuye a la estabilidad de la membrana al interaccionar con las "colas" de la bicapa lipídica, también contribuye a su fluidez evitando que las "colas" se "empaqueten" y vuelva más rígida la membrana (esto se observa sobre todo a temperaturas bajas). Las membranas de las células vegetales no contienen colesterol, tampoco las de la mayoría de las células bacterianas.

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Las proteínas pueden estar suspendidas en la membrana, con sus regiones hidrofóbicas insertadas en ella y con las hidrofílicas que sobresalen hacia el exterior e interior de la célula. Diversas experiencias sugieren que estas proteínas no están fijas en un lugar de la membrana, sino que están relativamente libres para desplazarse lateralmente, por lo cual se originó el concepto de mosaico fluido. Las proteínas de la membrana pueden considerarse, de acuerdo a como se encuentran insertas en la membrana, en dos categorías: Integrales: estas proteínas tienen uno o más segmentos que atraviesan la bicapa lipídica. Periféricas: estas proteínas no tienen segmentos incluidos en la bicapa, interaccionan con las cabezas polares o bien con las proteínas integrales.

La superficie externa de la membrana tiende a ser rica en glicolípidos que tienen sus colas hidrofóbicas embebidas en la región hidrofóbica de la membrana y sus cabezas hacia el exterior de la célula. Junto a ellos, los hidratos de carbono unidos a las proteínas (glicoproteínas), intervienen en el reconocimiento celular que ocurre sobre la superficie de las membranas. Nucléolo: Es una gran estructura del núcleo eucariota donde tiene lugar la síntesis y procesamiento del ARNr. El nucléolo se organiza a partir de los “organizadores nucleolares", regiones que existen en los diferentes cromosomas. Un número de cromosomas se junta y transcriben al ARN ribosómico en este sitio. El ARN ribosómico recién transcrito, se une a proteínas y se forman los dos tipos de unidades ribosomales (una de mayor tamaño y otra más pequeña), las cuales serán transportadas hacia el exterior del núcleo por los poros nucleares, en forma separada. Los poros no permiten el pasaje de ribosomas ensamblados. Esto significa que la traducción del ARNmensajero y la síntesis de proteínas ocurre fuera del núcleo.

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Las subunidades proveen una unión y un sitio “lector de código” para el ARN mensajero. Si ellas (las subunidades) se unen al retículo endoplásmico rugoso, forman un poro que mueve las proteínas recién sintetizadas hacia la cisterna del retículo endoplásmico rugoso. Los nucléolos aumentan en número y se agrandan cuando la célula es estimulada a una síntesis de proteínas. Los nucléolos desaparecen durante la división celular y luego se reforman en los centros organizadores nucleolares del cromosoma. Núcleo: El núcleo, compuesto por una envoltura nuclear porosa, se encuentra solamente en las células eucariontes, y en su interior encontramos el material genético (ADN) de las células. Puede medir unas 5 µm de diámetro (mayor tamaño que mucha células procariontes). núcleo interfásico

Célula vegetal

Célula animal

El núcleo presenta cromosomas si está en fase de división (mitosis), los cromosomas son estructuras formadas por ADN y proteínas. Cuando la célula no está en división se encuentra en interfase el núcleo interfásico está trabajando intensamente y realiza las siguientes funciones: Sitio de control por parte del ADN de las actividades celulares. Sitio de duplicación del ADN previo a la división celular. El nucléolo (usualmente dos por núcleo y carece de membrana propia), es el área del núcleo donde se inicia el ensamblaje de los ribosomas a partir de proteínas específicas y ARNrobosomal. Envoltura nuclear: La envoltura nuclear es una doble membrana que rodea al núcleo y posee numerosos poros que permiten el pasaje de ARN y otros productos. La envoltura nuclear crea y mantiene una estructura tridimensional que conforma el entorno donde el ADN se organiza en los cromosomas, se expresa y replica. La envoltura nuclear consiste en dos membranas (interna y externa) que periódicamente se unen definiendo poros, los cuales se rodean de las proteínas que conforman el complejo de poro nuclear y regulan selectivamente la entrada y salida del núcleo.

MATERIAL COMPLEMENTARIO DE BIOLOGIA Mitocondria: Las mitocondrias tienen su propio ADN y se piensa que representan organismos similares a las bacterias que fueron incorporadas a la célula eucariontes primitiva y se quedaron en su interior de manera simbiótica. Funcionan como sitio de generación de energía (luego de la glicólisis que se realiza en el citoplasma) bajo la forma de adenosin trifosfato (ATP). Se encuentran rodeadas por dos membranas, la interna forma una serie de pliegues que reciben el nombre de crestas mitocondriales, y es aquí donde se genera ATP. El interior se denomina matriz mitocondrial y el espacio entre las dos membranas es el espacio intermembrana.

Corte transversal de una mitocondria

Mitocondria Mitocondria y endosimbiosis:

Posiblemente la simbiosis bacteriana con una célula eucariota primitiva fue la principal etapa en la evolución de la célula eucariota. En 1980, Lynn Margulis propuso la teoría de la endosimbiosis para explicar el origen de la mitocondria y los cloroplastos. De acuerdo a esta idea un primitivo eucariota fagocitó o rodeo a un pequeño procariota hace unos 1500 a 700 millones de años. En vez de digerir al pequeño organismo, la célula eucariota y la célula procariota entraron en un tipo de simbiosis conocida como mutualismo, en el cual ambos se benefician y ninguno es dañando. El organismo eucariota pudo haber ganado un excedente de ATP, provisto por la "protomitocondria" o un excedente de azúcar provisto por el "protocloroplasto", y haber proveído al endosimbionte recién llegado de un medio ambiente estable y de material nutritivo. Con el paso del tiempo esta unión se convirtió en algo tan estrecho que las células eucariotas heterotróficas no pueden sobrevivir sin mitocondrias, ni los eucariotas fotosintéticos sin cloroplastos (la membrana que rodea a los cloroplastos no dispone de los componentes de la cadena de transporte de electrones). La división de mitocondrias y cloroplastos es muy similar a las células procariontes. Sin embargo los organelos celulares, no son independientes a pesar de contener su propia molécula de ADN. Una parte de la información necesaria para la síntesis de sus proteínas se encuentra en el núcleo del eucariota. Como ejemplo citemos aquí la ribulosa-bifosfato carboxilasa el enzima clave de la fotosíntesis. Consta de 8 subunidades grandes y de 8 subunidades pequeñas. La información de las subunidades grandes se localiza en el ADN del cloroplasto, la de las pequeñas en el núcleo celular.

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Resumiendo, según la hipótesis endosimbiótica las mitocondrias proceden de bacterias aeróbicas incoloras y los cloroplastos, de cianobacterias, que entraron en una relación endosimbiótica con una célula eucariota primitiva. Plástidos: Los plástidos son también organelos rodeados por membranas que se encuentran en las células vegetales, y uno de los plastidios más importante es el cloroplasto. En su interior ocurre un proceso extremadamente importante llamado fotosíntesis, además presentan clorofila, que es un pigmento verde necesario para que ocurra la fotosíntesis. Los pigmentos accesorios asociados (carotenoides) al fotosistema son encerrados en sacos membranosos llamados tilacoides (una pila de tilacoides se denomina grana) que flotan en un fluido llamado estroma. Los cloroplastos contienen diferentes tipos de pigmento accesorios, dependiendo del grupo taxonómico del organismo que se estudia. Los leucoplastos guardan reservas de almidón, a veces proteínas o aceite y los cromoplastos tienen pigmentos que entregan un color brillante a las flores y frutos.

Esquema de un cloroplasto. Cloroplastos y endosimbiosis: Al igual que las mitocondrias, los cloroplastos tienen su propio ADN. Se piensa que los cloroplastos antiguos y algunas células eucariotas (descendientes de algún alga verde), se unieron por endosimbiosis formando con el paso del tiempo un organismo autótrofo con una capacidad fotosintetizadora. Vacuolas y vesículas: Las vacuolas son organelos rodeados por una sola membrana, que son usadas generalmente como sitios de almacenamiento, en las células vegetales suelen ser muy grandes y la membrana que lo rodea toma el nombre de tonoplasto (del griego tonos = tensión; plastos = modelado, formado). Las vesículas son mucho más pequeñas que las vacuolas y funcionan en el transporte de sustancias desde y hacia el exterior de la célula. 11

MATERIAL COMPLEMENTARIO DE BIOLOGIA Ribosomas: Los ribosomas intervienen en la síntesis proteica. No están rodeados por membrana y se los encuentra tanto en eucariotas (80s) como en procariotas (70s). Los ribosomas de los eucariotas son ligeramente más grandes que los de los procariotas. Estructuralmente consisten en una subunidad grande y otra pequeña. Bioquímicamente están formados por ARNribosomal (ARNr) y cerca de 50 proteínas estructurales. A menudo los ribosomas se encuentran asociados al retículo endoplasmatico que, en ese caso, toma el nombre de rugoso. Retículo endoplasmatico: El retículo endoplasmatico es una red de sacos aplanados, tubos y canales interconectadas entre sí que intervienen en funciones relacionadas con la síntesis proteica y el transporte. El retículo endoplasmatico rugoso, tiene esa apariencia debido a los numerosos ribosomas adheridos a sus paredes. Esta conectado a la envoltura nuclear, a través de cuyos poros pasa el ARNm que es el que lleva el mensaje para la síntesis proteica, esto se realiza en el citoplasma. El retículo endoplasmatico liso no tiene ribosomas y se lo relaciona a diferentes procesos de síntesis de productos tales como lípidos y al transporte de sustancias. En realidad el retículo endoplasmatico liso tiene diferentes variantes funcionales y sólo tienen en común su aspecto.

Ribosoma y sus subunidades

Retículo endoplasmatico

Retículo endoplasmatico rugoso

Aparato de Golgi: El complejo de Golgi está formado por sacos aplanados denominados dictiosomas, limitados por membranas y apilados unos sobre otros. Presenta tres zonas: cis, intermedia y trans. Funciona como una planta empaquetadora, modificando vesículas del retículo endoplasmatico rugoso. El material nuevo de las membranas se forma en varias cisternas del Golgi.

MATERIAL COMPLEMENTARIO DE BIOLOGIA Lisosomas: Los lisosomas (del griego lysis = aflojamiento; soma = cuerpo): son vesículas relativamente grandes formadas por el Aparato de Golgi que contienen enzimas hidrolíticas. Intervienen en la ruptura de materiales extracelulares. Se fusionan con las vacuolas alimenticias y sus enzimas digieren el contenido produciéndose la digestión intracelular. Peroxisomas: Son vesículas en las cuales se degradan las purinas y otros compuestos. En las plantas son el asiento de una serie de reacciones conocidas como fotorespiración. En los peroxisomas se produce agua oxigenada, compuesto muy tóxico para la célula que es degradado rápidamente por una enzima llamada catalasa. Transporte de materiales a través de la membrana plasmática: Los mecanismos que permiten a las sustancias cruzar las membranas plasmáticas son esenciales para la vida y la comunicación de las células. Para ello, la célula dispone de dos procesos: Transporte pasivo: cuando no se requiere energía para que la sustancia cruce la membrana plasmática. Transporte activo: cuando la célula utiliza ATP como fuente de energía pasa hacer atravesar una sustancia en particular a través de la membrana. Transporte pasivo: Los mecanismos de transporte pasivo son: difusión simple, osmosis, ultrafiltración y difusión facilitada. Difusión Simple: Las moléculas en solución están dotadas de energía cinética y, por tanto tienen movimientos que se realizan al azar. La difusión consiste en la mezcla de estas moléculas debido a su energía cinética cuando existe un gradiente de concentración, es decir cuando en una parte de la solución la concentración de las moléculas es más elevada. La difusión tiene lugar hasta que la concentración se iguala en todas las partes y será tanto más rápida cuanto mayor sea la energía cinética (que depende de la temperatura) y el gradiente de concentración y cuanto menor sea el tamaño de las moléculas. Algunas sustancias como el agua, el oxígeno, dióxido de carbono, esteroides, vitaminas liposolubles, urea, glicerina, alcoholes de pequeño peso molecular atraviesan la membrana celular por difusión, disolviéndose en la capa de fosfolípidos. Algunas sustancias iónicas también pueden cruzar la membrana plasmática por difusión, pero empleando los canales constituidos por proteínas integrales llenas de agua. Algunos ejemplos notables son el Na+, K+, HCO3, Ca++, etc. Debido al pequeño tamaño de los canales, la difusión a través de estos es mucho más lenta que a través de la bicapa lipídica.

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Osmosis: Es otro proceso de transporte pasivo, mediante el cual, un disolvente el agua en el caso de los sistemas biológicos, pasa selectivamente a través de una membrana semipermeable. La membrana de las células es una membrana semi-permeable ya que permite el paso del agua por difusión pero no la de iones y otros materiales. Si la concentración de agua es mayor (o la concentración de solutos menor) de un lado de la membrana que el otro, existe una tendencia a que el agua pase al lado donde su concentración es menor. El movimiento del agua a través de la membrana semi-permeable genera una presión hidrostática llamada presión osmótica. La presión osmótica es la presión necesaria para prevenir el movimiento neto del agua a través de una membrana semi-permeable que separa dos soluciones de diferentes concentraciones. La ósmosis puede entenderse muy bien considerando el efecto de las diferentes concentraciones de agua sobre la forma de las células. Para mantener la forma de una célula, por ejemplo un hematíe, esta debe estar rodeada de una solución isotónica, lo que quiere decir que la concentración de agua de esta solución es la misma que la del interior de la célula. En condiciones normales, el suero salino normal (0.9% de NaCl) es isotónico para los hematíes. Si los glóbulos rojos son llevados a una solución que contenga menos sales (se dice que la solución es hipotónica), dado que la membrana celular es semi-permeable, sólo el agua puede atravesarla. Al ser la concentración de agua mayor en la solución hipotónica, el agua entra en el hematíe con lo que este se hincha, pudiendo eventualmente estallar (este fenómeno se conoce con el nombre de hemólisis. Por el contrario, si los hematíes se llevan a una solución hipertónica (con una concentración de sales superior a la del hematíe) parte del agua de este pasará a la solución produciéndose el fenómeno de crenación y quedando los glóbulos rojos como "arrugados".

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Ultrafiltración: En este proceso de transporte pasivo, el agua y algunos solutos pasan a través de una membrana por efecto de una presión hidrostática. El movimiento es siempre desde el área de mayor presión al de menos presión. La ultrafiltración tiene lugar en el cuerpo humano en los riñones y es debida a la presión arterial generada por el corazón. Esta presión hace que el agua y algunas moléculas pequeñas (como la urea, sales, etc.) pasen a través de las membranas de los capilares microscópicos de los glomérulos para ser eliminadas en la orina. Las proteínas y grandes moléculas como hormonas, vitaminas, etc., no pasan a través de las membranas de los capilares y son retenidas en la sangre. Difusión facilitada: Algunas moléculas son demasiado grandes como para difundir a través de los canales de la membrana y demasiado insolubles en lípidos como para poder difundir a través de la capa de fosfolípidos. Tal es el caso de la glucosa y algunos otros monosacáridos. Estas sustancias, pueden sin embargo cruzar la membrana plasmática mediante el proceso de difusión facilitada, con la ayuda de una proteína transportadora. En el primer paso, la glucosa se une a la proteína transportadora, y esta cambia de forma, permitiendo el paso del azúcar. Tan pronto como la glucosa llega al citoplasma, una quinasa (enzima que añade un grupo fosfato a un azúcar) transforma la glucosa en glucosa-6-fosfato. De esta forma, las concentraciones de glucosa en el interior de la célula son siempre más bajas, y el gradiente de concentración favorece la difusión de la glucosa. La difusión facilitada es mucho más rápida que la difusión simple y depende del gradiente de concentración de la sustancia a ambos lados de la membrana, además es importante el número de proteínas transportadoras existentes en la membrana y de la rapidez con que estas realizan su trabajo. La insulina, una hormona producida por el páncreas, facilita la difusión de la glucosa hacia el interior de las células, disminuyendo su concentración en la sangre. Esto explica el porque la ausencia o disminución de la insulina en la diabetes mellitus aumenta los niveles de glucosa en sangre al mismo tiempo que obliga a las células a utilizar una fuente de energía diferente de este monosacárido.

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Transporte activo y otros procesos: Algunas sustancias que son necesarias en el interior de la célula o que deben ser eliminadas de la misma no pueden atravesar la membrana celular por ser muy grandes, llevar una carga eléctrica o porque deben vencer un gradiente de concentración. Para estos casos, la naturaleza ha desarrollado el transporte activo, un proceso que consume energía y que requiere del concurso de proteínas integrales que actúan como "bombas" alimentadas por ATP, para el caso de moléculas pequeñas o iones y el transporte en masa que es específico para moléculas de gran tamaño como proteínas y polisacáridos e incluso células enteras como bacterias. Transporte activo: Por este mecanismo pueden ser transportados hacia el interior o exterior de la célula los iones H+ (bomba de protones) Na+ y K+ (bomba de sodio-potasio), Ca++, Cl-, I, aminoácidos y monosacáridos. Hay dos tipos de transporte activo: Transporte activo primario: En este caso, la energía derivada del ATP directamente empuja a la sustancia para que cruce la membrana, modificando la forma de las proteínas de transporte (bomba) de la membrana plasmática. El ejemplo más característico es la bomba de Na+/K+, que mantiene una baja concentración de Na+ en el citosol extrayéndolo de la célula en contra de un gradiente de concentración. También mueve los iones K+ desde el exterior hasta el interior de la célula pese a que la concentración intracelular de potasio es superior a la extracelular. Esta bomba debe funcionar constantemente ya que hay pérdidas de K+ y entradas de Na+ por los poros acuosos de la membrana. Esta bomba actúa como una enzima que rompe la molécula de ATP y también se llama bomba Na+/K +ATPasa. Todas las células poseen cientos de estas bombas en las membranas.

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Transporte activo secundario: La bomba de sodio/potasio mantiene una importante diferencia de concentración de Na+ a través de la membrana. Por consiguiente, estos iones tienen tendencia a entrar de la célula a través de los poros y esta energía potencial es aprovechada para que otras moléculas, como la glucosa y los aminoácidos, puedan cruzar la membrana en contra de un gradiente de concentración. Cuando la glucosa cruza la membrana en el mismo sentido que el Na+, el proceso se llama Simporte o cotransporte cuando los hacen en sentido contrario. Transporte en masa: Algunas sustancias más grandes como polisacáridos, proteínas y otras células cruzan las membranas plasmáticas mediante varios tipos de transporte grueso: Endocitosis: Es el proceso mediante el cual una sustancia es transportada al interior celular. Se conocen tres tipos de endocitosis: Fagocitosis: En este proceso, la célula crea proyecciones de la membrana y del citosol llamados pseudópodos que rodean la partícula sólida. Una vez rodeada, los pseudópodos se fusionan formando una vesícula alrededor de la partícula llamada vesícula fagocítica o fagosoma. El material sólido dentro de la vesícula es seguidamente digerido por enzimas liberadas por los lisosomas. Los glóbulos blancos constituyen el ejemplo más notable de células que fagocitan bacterias y otras sustancias extrañas como mecanismo de defensa

MATERIAL COMPLEMENTARIO DE BIOLOGIA Pinocitosis: En este proceso, la sustancia a transportar es una gotita o vesícula de líquido extracelular. En este caso, no se forman pseudópodos, sino que la membrana se repliega creando una vesícula pinocítica. Una vez que el contenido de la vesícula ha sido procesado, la membrana de la vesícula vuelve a la superficie de la célula. De esta forma hay un tránsito constante de membranas entre la superficie de la célula y su interior. Endocitosis mediante un receptor : Este es un proceso similar a la pinocitosis, con la salvedad que la invaginación de la membrana sólo tiene lugar cuando una determinada molécula, llamada ligando, se une al receptor existente en la membrana. Una vez formada la vesícula endocítica está se une a otras vesículas para formar una estructura mayor llamada endosoma. Dentro del endosoma se produce la separación del ligando y del receptor: Los receptores son separados y devueltos a la membrana, mientras que el ligando se fusiona con un liposoma siendo digerido por las enzimas de este último. Aunque este mecanismo es muy específico, a veces moléculas extrañas utilizan los receptores para penetrar en el interior de la célula. Así, el V.I.H. (virus de la inmunodeficiencia humana) entra en las células de los linfocitos uniéndose a unas glicoproteínas llamadas CD4 que están presentes en la membrana de los mismos.

Exocitosis: Es el proceso mediante el cual una sustancia es transportada al exterior celular. La membrana de la vesícula secretora se fusiona con la membrana celular liberando el contenido de la misma. Por este mecanismo las células liberan hormonas, enzimas o neurotransmisores imprescindibles para la transmisión nerviosa.

MATERIAL COMPLEMENTARIO DE BIOLOGIA Cómo se estudian las células: Una de las principales herramientas para el estudio de la célula es el microscopio. En general las células y tejidos vivos son difíciles de estudiar con el microscopio fotónico; ya que los tejidos multicelulares son demasiado gruesos para dejar pasar la luz y las células vivas aisladas suelen ser transparentes, con poco contraste entre los detalles internos. Sin embargo, se pueden realizar estudios de tejidos, realizando cortes a mano alzada con una hojilla bien afilada y haciendo observaciones con el microscopio óptico, previo montaje de la muestra sobre un porta objeto de vidrio, con una gota de agua y cubriendo con un vidrio cubre objeto. Primeramente el estudio detallado de las células se ha favorecido con el mejoramiento de los microscopios y el desarrollo de métodos y técnicas para preparación y observación de las células. En segundo lugar, se trata de correlacionar los hallazgos estructurales con la información bioquímica. Además de los avances en la microscopia que se observaron en la segunda mitad del siglo XIX y en el siglo XX, que han mejorado el poder de resolución de estos instrumentos, se han desarrollado también las técnicas básicas de preparación del material para su estudio con el microscopio: Se fijan las células o tejidos con agentes que matan y estabilizan la estructura, por ejemplo: alcohol, ácido acético, formol, tetróxido de osmio, permanganato de potasio, entre otros. Se deshidratan con alcohol etílico, butanol, acetona, etc. Se montan en substancias duras que actúan como soporte del tejido para ser posteriormente cortados, ya sea con un micrótomo de Minot o con hojilla de diamante, si se requieren cortes ultra finos, para microscopia electrónica. Se tiñen las células con colorantes que actúan sobre algunos organelos, produciendo contraste entre núcleo o citoplasma, o entre mitocondrias y otros elementos del citoplasma. Existen distintos métodos de preparación para el estudio de ciertas características celulares específicas. En éste siglo, el desarrollo de las técnicas citológicas ha seguido las siguientes líneas: 1) se desarrollaron nuevos aparatos ópticos, como el microscopio de contraste de fase y se perfeccionaron otros como el microscopio de luz polarizada, facilitando así el estudio de las células vivas. 2) se inventó el microscopio electrónico de transmisión (TEM, transmission electron microscopy) y el microscopio electrónico de barrido (SEM, scanning electron microscopy). 3) se crearon métodos citoquímicos para lograr información química a partir de preparaciones microscópicas, entre estos se pueden citar la inmunofluorescencia y la microrradioautografía. 4) se idearon técnicas para fragmentar las células mediante, ultrasonido, homogeneizado, y el aislamiento de los organelos y otros componentes mediante centrifugación diferencial, para su posterior estudio bioquímico.

MATERIAL COMPLEMENTARIO DE BIOLOGIA Niveles de organización: La biología se ocupa de analizar jerarquías o niveles de organización que van desde la célula a los ecosistemas, pero veremos por ahora hasta la conformación de un organismo. Recordemos que los niveles de organización en orden creciente son: Célula: la más pequeña unidad estructural de los seres vivos capaz de funcionar independientemente. Cada célula tiene un soporte químico para la herencia (ADN), un sistema químico para adquirir energía etc. Tejido: (en organismos multicelulares). Un grupo de células que realizan una determinada función. Por ejemplo el tejido muscular cardíaco. Órgano: (en organismos multicelulares). Grupo de células o tejidos que realizan una determinada función. Por ejemplo el corazón, es un órgano que bombea la sangre en el sistema circulatorio. Sistema: (en organismos multicelulares). Grupo de células, tejidos y órganos que están organizados para realizar una determinada función. Por ejemplo el sistema circulatorio. Individuo u organismo: Una o más células caracterizadas por un único tipo de información codificada en su ADN. Puede ser unicelular o multicelular. Los individuos multicelulares muestran tipos celulares especializados y división de funciones en tejidos, órganos y sistemas.

MATERIAL COMPLEMENTARIO DE BIOLOGIA Guía de ejercicios: 1a) b) c)

Las células animales difieren de las vegetales en que las primeras presentan: Vacuolas de gran tamaño. Pared celular. Centríolos. d) Proteínas transmembrana. e) Núcleo. 2- Los ribosomas de las células eucariontes están asociados a: a) Aparato de golgi. b) Retículo endoplasmatico liso. c) Retículo endoplasmatico rugoso. d) Centríolos. e) Cloroplastos. 3- Los cloroplastos presentan: I) Ribosomas. II) ADN III) Núcleo. IV) Membranas. a) Solo I. b) II, III. c) III, IV. d) I, II, III. e) I, II, IV. 4- Los vegetales son organismos autótrofos debido a que presentan:

a) Mitocondrias. b) Cloroplastos. c) Aparato de golgi. d) Ribosomas. e) Pared celular. 5- El organelo que presenta zonas: cis, intermedia y trans es:

a) b) c) d) e)

Aparato de Golgi. Núcleo. ADN. Retículo endoplasmatico rugoso. Retículo endoplasmatico liso.

6- Las células procariontes se diferencian de las eucariontes en que las primeras presentan: I) Membrana plasmática. II) No presentan núcleo. III) Son evolutivamente más antiguas. IV) ADN cerrado. a) Sólo II. b) II, III. c) I, IV. d) II, III, IV. e) I, II, III, IV.

MATERIAL COMPLEMENTARIO DE BIOLOGIA 7a) b) c) d) e)

¿Cuál(es) no es(son) considerado(s) un organismo vivo? Protistas y Moneras. Fungi. Fungi y Monera. Animal y Monera. Virus.

8- El proceso de osmosis es: I) Un transporte activo. II) El paso de agua por una membrana. exocitosis. a) Sólo I. b) Sólo II. c) Sólo III. d) I, II, III. e) II, III, IV. 9a) b) c) d) e)

La digestión intracelular de macromoléculas ocurre en: Mitocondrias. Cloroplastos. Retículo endoplasmatico liso. Retículo endoplasmatico rugoso. Lisosomas.

10- Los organelos que actúan como verdaderas fabricas energéticas son: a) Las mitocondrias. b) Los centríolos. c) El núcleo. d) Los lisosomas. e) Las vacuolas. 11- La fluidez de la membrana plasmática la otorga(n): I) Colesterol. II) Temperatura. III) Doble enlaces de lípidos. IV) Iones. a) I, II. b) II, III. c) III, IV. d) I, II, III. e) Sólo II. 12- Los ribosomas están formados por: a) ADNribosomal + proteínas. b) ARNribosomal + proteínas. c) ARNtransferencia + proteínas. d) ARNmensajero + proteínas. e) Membrana plasmática.

III) Una hidrólisis.

IV) Una

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13-¿Cuál de las siguientes funciones es común en todos los seres vivos? a) Control de la organización de la membrana nuclear. b) Control de la organización de la membrana plasmática. c) Regulación de la motilidad de los flagelos. d) Control del proceso mitótico. e) Control del proceso meiotico. 14- El nucleolo cumple la función de: a) Almacenar ATP. b) Ensamblaje y producción de ribosomas. c) Producir vesículas a gran escala. d) Almacenar lípidos. e) Todas las anteriores. 15- En una célula animal el material genético (ADN) se encuentra en: a) El núcleo. b) El núcleo y mitocondrias. c) El núcleo y cloroplastos. d) EL núcleo, mitocondrias y cloroplastos. e) Los nucleolos. 16- El orden decreciente correcto de las distintas unidades de longitud es: I) Nanómetros. II) Micrómetros. III) Angströms. IV) Milímetros. a) I, II, III, IV. b) II, IV, III, I. c) IV, II, I, III. d) IV, II, III, I. e) IV, III, I, II. 17- Los organismos unicelulares son: I) Bacterias. II) Protozoos. III) Helechos. a) Solo I. b) II, III. c) II, III, IV. d) I, III. e) Sólo IV.

IV) Nematodos.

18- El citoplasma celular se encuentra en: a) Todos los organismos vivos. b) Sólo en los eucariontes. c) Sólo en los procariontes. d) Al interior del núcleo. e) Al interior del nucleolo.

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19- El compuesto resultante del proceso de fotos铆ntesis es: a) Agua. b) CO2. c) HCl. d) HCO3. e) O2. 20- La formaci贸n de agua oxigenada como producto de la oxidaci贸n de diversos sustratos, ocurre en: a) Los nucleolos. b) El aparato de golgi. c) Los ribosomas. d) Los peroxisomas. e) El ret铆culo endoplasmatico liso.

MATERIAL COMPLEMENTARIO DE BIOLOGIA Alternativas correctas: 1C 2C 3E 4B 5A 6D 7E 8B 9E 10 A

11 D 12 B 13 B 14 B 15 B 16 C 17 A 18 A 19 E 20 D