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La célula y teoría celular
Área curricular Ciencia, Tecnología y Ambiente Bimestre Grado Secciones
Primero II TODAS
Unidad Sesión Horas
1 04 2
Capacidad de área
Aprendizaje esperado Indicadores Analiza los postulados de la teoría Plantea argumentos válidos para contrastar la coherencia de Comprensión de celular. los postulados de la teoría celular. Información Describe las características de las Elabora un cuadro descriptivo de las características generales células. de la célula, haciendo uso de criterios.
A comienzos del siglo XVII, un estudioso llamado Galileo Galilei colocó dos lentes de vidrio dentro de un cilindro. Con este instrumento miró por casualidad a un insecto, y posteriormente describió los sorprendentes patrones geométricos de sus diminutos ojos. De este modo Galileo, a pesar de no ser biólogo, fue el primero que efectuó una observación biológica a través de un microscopio. El estudio de las bases celulares de la vida estaba a punto de iniciarse. Primero en Italia, después en Francia e Inglaterra, los estudiosos comenzaron la exploración de un mundo cuya existencia había sido insospechada. A mediados de ese siglo, Robert Hooke, curador de instrumentos de la Real Sociedad de Inglaterra, se encontraba a la cabeza de esos estudios. Cuando Hooke usó por primera vez el microscopio para ver los delgados cortes de un árbol de corcho, observó diminutos compartimentos, a los cuales les dio más tarde el nombre en latín cellulae, diminutivo de cella, que significa hueco; de allí el origen del término biológico “célula”. Tales compartimentos eran en realidad paredes interconectadas de las células vegetales muertas, que constituyen el corcho, pero Hooke no pensaba que fueran eso, y nadie en la época sabía que las células podían estar vivas. En otros tejidos vegetales, observó células “rellenas de jugo” y, sin embargo, no tenía ni la más remota idea de los que ellas representaban. Dada la simplicidad de los instrumentos, resulta sorprendente que los pioneros de la microscopía hayan observado tantas cosas como reportaron. Anthony Van Leeuwenhoek, un tendero danés, tuvo excepcional destreza para construir lentes, siendo quizá, el más agudo observador de todos ellos. A fines de la década de 1600, él descubrió maravillas naturales en todos los sitios, incluyendo “muchos “animáculos” muy pequeños, cuyos movimientos eran muy agradables de observar”, en el sarro de sus dientes. En otros sitios observó protistas, espermatozoides, e inclusive una bacteria: un organismo tan pequeño que no fue observado de nuevo durante dos siglos más. En 1820, las mejorías en este tipo de lentes permitieron enfocar mejor las células. Robert Brown, un botánico, observó una mancha opaca en diversas células y la llamó núcleo. En 1838 otro botánico, Matthias Schleiden, se preguntó si el núcleo se relacionaba del algún modo con el desarrollo y propuso la hipótesis de que cada célula vegetal se desarrollaba como una unidad independiente, aunque formaba parte de la planta. En 1839, tras años de estudiar tejidos animales, el zoólogo Theodor Schwann afirmó lo siguiente: los animales y plantas están formados de células y productos celulares, e inclusive aunque las células forman parte de un organismo completo, tienen en cierto grado vida propia e individualizada. Para mediados del siglo XIX, el botánico alemán Mathias Schleiden refinó aún más la perspectiva científica de las células cuando escribió: “es fácil percibir que el proceso vital de las células individuales debe constituir la primera y absolutamente indispensable base fundamental” para la vida”. En pocos años, varios microscopistas habían observado que las células vivas podían crecer y dividirse en células más pequeñas. Sin embargo tuvo que transcurrir otra década para resolver la interrogante: ¿de dónde provienen las células? Un fisiólogo, Rudolf Virchow, completó sus propios estudios sobre el desarrollo y la reproducción de las células; es decir, su división en dos células hijas. El razonó que toda célula proviene de otra preexistente. De este modo, a mediados del siglo XIX, el análisis microscópico permitió llegar a tres generalizaciones que en conjunto constituyen la teoría celular. Primero, todo organismo está formado por una o más células. Segundo, la célula es la unidad más pequeña que tiene las propiedades de la vida. Tercero, la continuidad de la vida se deriva directamente del desarrollo y división de células individuales. Todas estas propuestas aún son válidas en la actualidad.
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Fue enunciada inicialmente por M. Schleiden (1838) y T. Schwann (1839), y completada por R. Wirchow (1855). Sus principios básicos son: - La célula es la unidad estructural de los organismos. - La célula es la unidad funcional de los organismos. - La célula es la unidad genética de los organismos. Estos tres principios se pueden resumir en uno sólo: La célula es la unidad vital de la materia viva, quiere decir que la célula es la estructura organizada más sencilla con propiedades y funciones vitales.
1. Características generales: a) La membrana plasmática o celular, encierra a la célula y media la interacción entre ella y su ambiente. La membrana plasmática consiste en una bicapa fosfolipídica en la que está incrustada una gran variedad de proteínas. La membrana plasmática desempeña tres funciones principales: - Aísla el contenido de la célula del entorno externo. - Regula el flujo de materiales hacia dentro y hacia fuera de la célula. - Permite la interacción y comunicación con otras células.
Fig. 2: ESTRUCTURA DEL PLASMALEMA
b) Las células utilizan ADN como plano de la herencia. Cada célula tiene material genético, información heredada que contiene las instrucciones para hacer copias de todas las demás partes de la célula y para producir nuevas células. El material genético de todas las células es el ácido desoxirribonucleico (DNA). c) Todas las células tienen citoplasma. El citoplasma contiene el material que está dentro de la membrana plasmática y fuera de la región que contiene el DNA. La porción fluida del citoplasma en las células procariotas y eucariotas contiene agua, sales y diversas moléculas orgánicas. Casi todas las actividades metabólicas de la célula, es decir, la suma de todas las reacciones bioquímicas en que se basa la vida, tiene lugar en el citoplasma celular. La síntesis de proteínas es un ejemplo. d) Todas las células obtienen energía y nutrimentos de su ambiente. Para mantener su increíble complejidad, todas las células deben obtener y gastar energía continuamente. Todas las células obtienen los materiales para generar las moléculas de vida, y la energía para sintetizarlos, de su ambiente vivo e inanimado. e) La función celular limita el tamaño de las células. Casi todas las células son pequeñas, entre 1 y 100 micras (millonésimas de metro) de diámetro.
1. 2. 3. 4.
¿Cuál crees que fue el aporte más importante de la teoría celular? ¿Con qué científico inicio el estudio de la célula? ¿Será importante conocer la célula? ¿Por qué? Visita el blog del grado www.ctadesegundo.blogspot.com y visualiza los recursos que te presentamos.
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Clasificación de las células
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Unidad Sesión Horas
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Capacidad de área
Aprendizaje esperado Indicadores Clasifica a las células de acuerdo a su Enumera las características de las células en base a criterios de forma y tamaño. Comprensión de tamaño y forma por medio de un listado de datos. Compara los tipos de células de Información Elabora un cuadro comparativo en base a criterios de los tipos acuerdo a su grado de evolución y de células de acuerdo a su grado de evolución y origen. origen.
2. Forma de las células. Las formas de células que corresponden a los diversos organismos unicelulares es variable, de la misma manera en un organismo multicelular encontramos una gran variabilidad en cuanto a formas de sus células. La forma que adopta la célula depende de muchos factores: tensión superficial, viscosidad del citoplasma, acción mecánica que ejercen las células vecinas, consistencia de la membrana, acción de los microtúbulos (esqueleto de las células) y especialmente de la funcionalidad específica de la célula.
a. Variables. Son las
que cambian constantemente de Ejm. Leucocitos, amebas, macrófagos.
células forma.
b. Constantes.
Son las células que mantienen su forma durante toda su vida. Se clasifican a su vez: - Isodiamétricas. sus tres dimensiones son Fig. 3: FORMAS CELULARES MÁS CONOCIDAS iguales o casi iguales. Ejm. Bacterias del tipo cocos, óvulo. - Aplanadas. Cuando una dimensión s menor que las otras dos. Ejm. Células epiteliales. - Alargadas. Cuando su longitud es mayor que las otras dos dimensiones. Ejm. Bacilos, fibras musculares estriadas. - Estrelladas. Células con numerosas prolongaciones. Ejm. Neuronas.
3. Tamaño de las células
a. Microscópicas. Sólo visibles por el ojo humano con ayuda del microscopio. La mayoría de células
son de este tipo. Ejm. óvulo humano (0,1 mm. de diámetro), casi todas las células eucarióticas (10 – 100 um.), la mayoría de células bacterianas (0,1 – 0,5 um.)
b. Macroscópicas. Observables a simple vista como los huevos de las aves que son de gran tamaño.
Así el huevo del avestruz incluida su envoltura proteica, tiene un radio de 10 cm. y es por lo tanto una de las células más grandes que existen. También puede mencionarse a las fibras musculares (2 – 6 cm.), las fibras vegetales (5 – 18 cm.), las neuronas humanas de hasta 1 m de largo.
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Fig. 4: AMEBA Y YEMA DEL HUEVO DE LAS AVES
4. Tipos de células
a. Según su origen - C. Animal. A este tipo de células pertenecen las que forman a los denominados “animales” como los seres humanos, los peces, etc. La diferencia con las células vegetales, radica en que ambas tienen algunos organelos que la otra no posee además de su tipo de nutrición ya que las vegetales son autótrofas y las animales heterótrofas, es decir que requieren de nutrientes elaborados por otros seres vivos. - C. Vegetal. Los diferentes tipos de células vegetales pueden distinguirse por la forma, espesor y constitución de la pared, como también por el contenido de la célula. Una serie de características diferencian a las células vegetales de las animales: Contienen plastidios, estructuras rodeadas por una membrana, que sintetizan y almacenan sustancias nutritivas. Los más comunes son los cloroplastos que son orgánulos rodeados por dos membranas, atrapan la energía electromagnética derivada de la luz solar y la convierten en energía química mediante la fotosíntesis. Presentan una gran vacuola, ubicada en la región central, constituye el depósito de agua y de varias biomoléculas, tanto de desecho como de almacenamiento. Pared celular (compuesta de celulosa un polisacárido), es tal vez la característica más distintiva de las células vegetales. Le confiere la forma a la célula, cubriéndola a modo de exoesqueleto (esqueleto externo), le da la textura a cada tejido, siendo el componente que le otorga protección y sostén a la planta. Algunas células vegetales, carecen de ciertos organelos, como los centriolos y los lisosomas.
Fig. 5: CÉLULA ANIMAL Y VEGETAL CON SUS RESPECTIVOS ORGANELOS
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b. Según el grado de evolución - C. Procariotas. (del griego pros = antes y karion = núcleo) Es una célula sin núcleo celular diferenciado, es decir, su ADN no está confinado en el interior de un núcleo, sino libremente en el citoplasma. Procarionte es un organismo formado por células procariotas. En contraposición los organismos eucariotas, presentan un núcleo verdadero y rodeado de membrana nuclear (carioteca). Además, el término procariota hace referencia a los organismos conocidos como móneras que se incluyen en el reino mónera. Entre las características de las células procariotas que las características de las eucariotas, podemos señalar: ADN desnudo. División celular por fisión binaria. Carencia de organelos, excepto los ribosomas. Poseen pared celular. Pueden soportar ambientes extremos. Son más pequeñas que las células eucariotas. Posee material genético disperso en el citoplasma. Entre los organismo procariontes tenemos a las bacterias, micoplasmas, ricketsias, cianobacterias, también conocidas como algas verdeazuladas. Se alimentan universalmente por absorción (osmótrofos), sin tener en general la capacidad de ingerir partículas u otras células.
PARED CELULAR CÁPSULA
RIBOSOMAS
CITOPLASMA FLAGELO
MESOSOMA
DNA MEMBRANA CELULAR
Fig. 6: ESTRUCTURA DE UNA BACTERIA (CÉLULA PROCARIOTA)
CÉLULA BACTERIANA POR SU EVOULUCIÓN: PROCARIOTA
- C. Eucariotas (eu = verdadero, karion = núcleo). Las células eucariotas forman a organismos superiores como las plantas, animales, hongos, protozoos, levaduras y algunas algas. Las células eucariotas difieren de las células procariotas en muchos aspectos. Además de ser más grandes que la célula procariota (con frecuencia más de 10 micrómetros de diámetro), las células eucariotas se caracterizan por poseer núcleo y una gran variedad de organelos membranosos que le proporcionan a la célula una organización estructural y funcional. Las células animales y vegetales se diferencian por la ausencia de centriolo en las células eucariotas vegetales, la carencia de plastidios y pared celular en las células eucariotas animales.
1. ¿Por qué razón la célula nerviosa tiene forma estrellada? 2. Justifique el volumen de los huevos de las aves en función al tamaño celular. 3. Visita el blog del grado www.ctadesegundo.blogspot.com y visualiza los recursos que te presentamos.
Membranas celulares Profesores: Julio Vásquez – Carolina Guarniz
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Aprendizaje esperado Describe la estructura de Comprensión de membrana y pared celular. Información Compara las funciones de membrana y pared celular.
Área curricular Ciencia, Tecnología y Ambiente Indicadores la Redacta un listado con las características de la membrana celular. la Realiza un cuadro comparativo entre pared y membrana celular anotando sus características.
Cada célula está rodeada por una delgada membrana plasmática que podemos considerar una especie de portero que sólo permite la entrada o salida de sustancias específicas y que transmite mensajes químicos del ambiente externo al interior de la célula. Las principales funciones de la membrana plasmática son: -
Aislar selectivamente el contenido de la célula del ambiente externo. Regular el intercambio de sustancias indispensables entre el interior del la célula y el ambiente externo. Comunicarse con otras células.
Estas son tareas imponentes para una estructura tan delgada, ya que 10 000 membranas plasmáticas apiladas apenas alcanzarían el espesor de una hoja de tu documento de trabajo, es decir tiene un grosor de un 75 ångström (1 Å= 1m x 10-10 = 0,1 nm). La clave del funcionamiento de la membrana radica en su estructura. Las membranas no son simplemente láminas uniformes, son estructuras complejas y heterogéneas cuyas diferentes partes desempeñan funciones perfectamente definidas y cambian de manera dinámica en respuesta al ambiente. Casi todas las células tienen membranas internas además de la membrana plasmática que rodea a la célula. Esas membranas internas forman compartimentos en los que pueden efectuarse actividades bioquímicas especializadas Las membranas son “mosaicos fluidos” en los que las proteínas se mueven dentro de capas de lípidos. El modelo de mosaico fluido para las membranas celulares fue desarrollado en 1972 por los biólogos celulares S.J. Singer y G.L. Nicolson. Según este modelo, una membrana, vista desde arriba, semeja un mosaico grumoso de azulejos en constante movimiento. Una doble capa de fosfolípidos forma una matriz fluida y viscosa para el mosaico, mientras que una variedad de proteínas que pueden desplazarse dentro de las capas fosfolipídicas.
Fig. 7: ORDENACIÓN DE LOS FOSFOLÍPIDOS EN LA MEMBRANA CELULAR
La bicapa de fosfolípidos es la porción fluida de la membrana. Un fosfolípido tienen dos partes muy distintas: una cabeza polar hidrofílica (que siente atracción por el agua) y un par de colas no polares hidrofóbicas (que son repelidas por el agua). Todas las células están rodeadas por un medio acuoso. Los organismos unicelulares viven en agua dulce o en el océano, mientras que las células de los animales están bañadas por un fluido extracelular ligeramente salino que se filtra de la sangre. El citoplasma consta de todo el contenido de la célula (que comprende a los organelos, con excepción del núcleo, en las células eucarióticas) en su mayor parte es agua. Las membranas plasmáticas separan un citoplasma acuoso de un ambiente externo acuoso y membranas similares rodean compartimentos acuosos dentro de la célula. En estas condiciones, los
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fosfolípidos se disponen de forma espontánea en una doble capa llamada bicapa fosfolipídica, en la que las cabezas hidrofílicas constituyen las caras exteriores y las colas hidrofóbicas se esconden en el interior. En la mayor parte de las células, la bicapa fosfolipídica de las membranas también contiene colesterol. Algunas membranas celulares tienen solo unas cuantas moléculas de colesterol; otras tienen tantas moléculas de colesterol como de fosfolípido. El colesterol afecta la estructura y la función de la membrana de varias maneras, hace a la bicapa más resistente y flexible, pero menos fluida y menos permeable a sustancias solubles en agua como iones o monosacáridos (componentes de los carbohidratos). Hay un mosaico proteico incrustado en la membrana. Miles de proteínas están incrustadas en la superficie de la bicapa fosfolipídica de la membrana o unidas a ella. En conjunto, estas proteínas regulan el movimiento de sustancias a través de la membrana y se comunican con el ambiente. Muchas de las proteínas de las membranas plasmáticas tienen pegados grupos de carbohidratos, sobre todo en las partes que sobresalen de la célula. Estas proteínas de membrana con sus carbohidratos pegados se llaman glucoproteínas. Muchas proteínas de membrana se pueden desplazar dentro de la relativamente fluida bicapa fosfolipídica. Otras están ancladas en una red de filamentos proteicos dentro del citoplasma. Hay tres categorías principales de proteínas de membrana, cada una de las cuales desempeña una función distinta: Proteínas de transporte, regulan el movimiento de sustancias hidrofílicas (solubles en agua) a través de la membrana plasmática. Algunas proteínas de transporte, se denominan proteínas de canal, las cuales forman poros o canales que permiten a pequeñas moléculas solubles en agua atravesar la membrana. Otras se denominan proteínas portadoras, que pueden sujetar moléculas por un lado de la membrana y llevarlo hacia el otro lado realizando un cambio en su forma. Proteínas receptoras, activan respuestas celulares cuando se unen a ellas moléculas específicas del fluido extracelular, como hormonas o nutrimentos. Proteínas de reconocimiento, muchas de las cuales son glucoproteínas, sirven como etiquetas de identificación. Por ejemplo las células del sistema inmunológico reconocen a una bacteria como un invasor ajeno e inician su destrucción.
Fig. 8: ESTRUCTURA DE LA MEMBRANA CELULAR
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Las células vegetales están recubiertas por una pared de elevado contenido celulósico que les confiere una forma estable y cierta rigidez. -
Estructura: es una envoltura rígida, por fuera de la membrana celular. Es impermeable y para que sea posible el paso a través de diversas sustancias presenta pequeños poros distribuidos en toda la pared que reciben el nombre de puntuaciones o existen puentes protoplasmáticos por donde pasan finísimos hilos de plasma denominados plasmodesmos, por los cuales se comunican entre sí. La pared celular constituye un producto de secreción del citoplasma. Está constituida por una serie de capas de secreción de crecimiento uniforme. La primera capa es la lámina media o membrana primordial, de aspecto gelatinoso. A continuación se deposita la lámina primaria, muy delgada. Sobre la anterior se sitúa la lámina secundaria, formada por varias capas de celulosa que se diferencian en su densidad.
Fig. 9: CORTE DE LA PARED CELULAR
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Composición química: principalmente se compone de celulosa a la que se pueden incorporar otras sustancias como: lignina, suberina, cutina, hemicelulosa y sustancias minerales como calcio y magnesio.
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Función: Protege a la membrana plasmática de la ruptura mecánica u osmótica. Impide el hinchamiento de las células cuando se hallen en un medio hipotónico (baja cantidad de soluto y elevada cantidad de solvente). Es porosa y permite el paso de la mayoría de las moléculas pequeñas. Sirve para transferir el DNA Da rigidez a la célula.
1. Aplica la técnica del subrayado para identificar los datos e ideas esenciales de la membrana plasmática y pared celular. 2. ¿Por qué razón la membrana celular es un mosaico de diferentes biomoléculas? 3. ¿Cuál es la razón de la dureza de la pared celular? 4. ¿Por qué se dice que la membrana celular es una membrana semipermeable? 5. ¿Qué estructuras le permiten comunicarse a las membranas entre sí? 6. Visita el blog del grado www.ctadesegundo.blogspot.com y visualiza los recursos que te presentamos.
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