Revisa la clase cuando necesites ayuda:
¿Qué debes hacer?: En la siguiente guía contesta en los espacios
asignados. Puedes discutir las respuestas con tus compañeros vía
internet.
¿Cuánto tiempo para desarrollarla?: Tendrás 2 semanas a partir
del jueves 9 de julio
¿Cómo es evaluado?: Debes enviar esta guía y todas las
anteriores, para su corrección y retroalimentación al mail.
Dudas: Si tienes dudas: escríbeme a
[email protected]
III° MEDIO – BIOLOGÍA CELULAR Y MOLECULAR – Conociendo el
metabolismo celular
NOMBRE: _______________________________________ Profesora: María
Pía Valenzuela Fecha de aplicación: del 9 de julio al 23 de
julio.
Curso: III° DIFERENCIADO BIOLOGÍA CELULAR MOLECULAR
Objetivos:
OA2: Explicar la estructura y organización de la célula en base
a biomoléculas, membranas y organelos, su reproducción, mantención
y recambio, en procesos de metabolismo, motilidad y comunicación,
como fundamento de la continuidad y evolución del fenómeno de la
vida.
Parte 1:
https://drive.google.com/file/d/1mQhIyXlkAxDdwAL4NeXYf5vYU73VGwqD/view?usp=sharing
Parte 2:
https://drive.google.com/file/d/1PTJ4dAUrS6lhPikHy9jpeac42dtUWTBz/view?usp=sharing
¿QUÉ ROL CUMPLE EN NUESTRO CUERPO, EL METABOLISMO?
El metabolismo mantiene viva a cada una de las células de
nuestro cuerpo y las reacciones metabólicas son fundamentales para
todas las formas de vida. Los nutrientes que ingresan al cuerpo,
llegarán a la sangre, y deben ser distribuidos a todas las células
del cuerpo, para obtener moléculas y energía necesarias para el
funcionamiento y síntesis de biomoléculas.
En el metabolismo energético se contemplan dos tipos de
reacciones
ANABOLISMO:
Son las reacciones que forman moléculas complejas a partir de
moléculas sencillas. Para realizar esta reacción, la célula gasta
energía (ATP) y reciben entonces el nombre de reacciones
endergónicas, como se muestra en la siguiente imagen.
https://diferenciando.com/anabolismo-y-catabolismo/
CATABOLISMO:
Son reacciones en la que se obtienen moléculas simples a partir
de una molécula compleja, con la consecuente liberación de energía
(ATP), como se muestra en la imagen.
https://diferenciando.com/anabolismo-y-catabolismo/
EJEMPLO:
ACTIVIDAD I
Observa y analiza la siguiente imagen y completa el cuadro a
continuación:
REACCIÓN A
REACCIÓN B
TIPOS DE REACCIÓN (catabólica o anabólica)
CARACTERÍTICAS (descripción)
ENERGÍA (consume o depende de)
EJEMPLO
LA MITOCONDRIA
Son las productoras de una especie de combustible para que se
puedan llevar a cabo los procesos metabólicos en el interior
celular. son las encargadas de proveer de energía a la célula, Su
forma es circular y estirada, teniendo varias capas y crestas en su
interior, en donde se acoplan proteínas que permiten realizar
varios procesos con el fin de dar esta energía, en forma de ATP
(adenosín trifosfato).
Estos orgánulos pueden presentarse en un número variable en el
citoplasma, y su cantidad está directamente relacionada con las
necesidades energéticas de la célula. Es por ello que en función
del tejido que forme la célula, se puede esperar más o menos
mitocondrias. Por ejemplo, en el hígado, donde hay una alta
actividad enzimática, las células hepáticas suelen presentar varios
de estos orgánulos. A más energía que se requiera, más mitocondrias
necesitará la célula.
Las mitocondrias están rodeadas de dos membranas con funciones
diferentes en cuanto a actividad enzimática, y por ello encontramos
tres espacios: citosol (o matriz citoplasmática), espacio
intermembranoso y matriz mitocondrial.
La principal función que tienen las mitocondrias es la
producción de ATP, lo que se conoce como el combustible de los
procesos celulares. No obstante, también llevan a cabo parte del
metabolismo de ácidos grasos mediante la beta-oxidación.
Además, en investigaciones de los últimos años, se ha
relacionado este orgánulo con la apoptosis, esto es la muerte
celular, además del cáncer y el envejecimiento del organismo, y la
aparición de enfermedades degenerativas como el Parkinson o la
diabetes.
Uno de los beneficios para el estudio genético que ofrecen las
mitocondrias es su ADN propio, el cual procede directamente de la
línea materna. Los investigadores en genealogía y antropología usan
este ADN para establecer árboles genealógicos.
Este ADN no está sometido a las recombinaciones genéticas
debidas a la reproducción sexual. Por lo que se copia de la madre
al hijo directamente.
Metabolismo de los Carbohidratos (glucosa)
El metabolismo de la glucosa se realiza por completo en 4
pasos
1) Glicolísis
La glucosa se somete a una serie de transformaciones químicas y
se convierte en piruvato. En estas reacciones se genera ATP y
NADH+
El NADH es una molécula que cede electrones e hidrogeniones. Y
que se forma gracias a la NAD.
Una vez que entrega un H+ se convierte en su forma “receptora de
electrones” se convierte en NADH, para una siguiente etapa.
2) Oxidación del piruvato
Cada piruvato formado en el glicólisis, atraviesa la membrana de
la mitocondria y llega a la matriz mitocondrial, que es el
compartimento más interno de la mitocondria.
Ahí, el piruvato se convierte en acetil-Coenzima A (Acetil CoA).
En este proceso se libera dióxido de carbono (gas) y se obtiene
otro NADH (molécula que cede H+ y electrones).
3) Ciclo del ácido cítrico o de Krebs
El acetil-CoA obtenido en el paso anterior entra a un ciclo de
reacciones para combinarse y transformarse en una serie de
moléculas, con el objetivo de ir produciendo en cada reacción, gas
Co2, ATP, se entregan electrones e H+ al Nad+ y al FAD + ,
produciendo NADH+ y FADH+ que participaran en un nuevo proceso.
4) Fosforilación oxidativa
La fosforilación oxidativa es impulsada por el movimiento de
electrones que provienen de los 3 procesos anteriores contenidos en
las moléculas NADH y FADH. Estas moléculas “donadoras” entregan los
electrones e H+ a la cadena de transporte de electrones, que son
una serie de proteínas incrustadas en la membrana interna de la
mitocondria.
Finalmente, esta energía permite la formación de agua y ATP
debido a la presencia del oxígeno.
Metabolismo de lípidos
Una buena cantidad de lípidos presentes en las células se
obtiene gracias a la actividad mitocondrial. En la mitocondria se
produce el ácido lisofosfatídico, a partir del cual se sintetizan
los triacilgliceroles.
ACTIVIDAD II
1) ¿Dónde esperaría encontrar más mitocondrias, en células del
tejido óseo o en las células de la mucosa del tejido digestivo y
por qué? Fundamenta tu respuesta
Responde aquí
2) ¿Cuál es la importancia que tienen las mitocondrias para las
células animal y vegetal?
Responde aquí
3) Explica la relación que existe entre el metabolismo celular y
la respiración.
Responde aquí
4) Complete la siguiente tabla:
Molécula activadora
Productos
Glicólisis
Oxidación del piruvato
Ciclo del ácido cítrico
Fosforilación Oxidativa
MOTILIDAD CELULAR
¿Qué pasaría si alguien entrara en tu cuarto en medio de la
noche y se robara tu esqueleto? Claramente es muy poco probable que
eso pase, biológicamente hablando, pero si sucediera de alguna
manera, la pérdida de tu esqueleto provocaría que tu cuerpo
perdiera gran parte de su estructura. Tu forma externa cambiaría,
algunos de tus órganos internos empezarían a moverse fuera de lugar
y te resultaría muy difícil caminar, hablar o mover.
Curiosamente, esto también es válido para las células. A menudo
pensamos que las células son globos suaves y sin estructura, pero
en realidad están altamente estructuradas, de manera muy parecida a
la de nuestros propios cuerpos. Tienen una red de filamentos
conocida como citoesqueleto (literalmente "esqueleto de la
célula"), la cual no solo da soporte a la membrana plasmática y
forma a la célula, sino que también ayuda a posicionar
correctamente los orgánulos, proporciona rieles para el transporte
de vesículas y (en muchos tipos de células) permite que la célula
se desplace.
En eucariontes hay tres tipos de fibras de proteína en el
citoesqueleto: microfilamentos, filamentos intermedios y
microtúbulos. Aquí examinaremos cada tipo de filamento, así como
las estructuras especializadas asociadas al citoesqueleto.
MICROFILAMENTOS
Son los más delgados y están compuestos de muchos monómeros
unidos de una proteína llamada actina, combinados en una estructura
que se asemeja a una doble hélice. Debido a que están hechos de
monómeros de actina, a los microfilamentos se les conoce también
como filamentos de actina.
Los filamentos de actina tienen varias funciones importantes en
la célula. Sirven como rieles para el movimiento de una proteína
motora llamada miosina, la cual también forma filamentos. Debido a
su relación con la miosina, la actina está implicada en muchas
funciones celulares que requieren movimiento.
Por ejemplo, en la división celular animal, un anillo de actina
y miosina pellizca la célula hasta separarla en dos células hijas.
También son muy abundantes en las células musculares, donde forman
estructuras de filamentos superpuestos llamados sarcómeros. Cuando
los filamentos de actina y miosina de un sarcómero se deslizan
coordinadamente entre ellos, tus músculos se contraen.
Los filamentos de actina también sirven como pistas dentro de la
célula para el transporte de cargas, como vesículas llenas de
proteínas o incluso orgánulos. Estos cargamentos son transportados
por motores individuales de miosina que "caminan" a lo largo de los
haces de filamentos de actina.
Los filamentos de actina pueden ensamblarse y desmontarse con
rapidez, lo que les permite jugar un papel importante en la
motilidad (movimiento) celular, como el desplazamiento de los
glóbulos blancos de tu sistema inmunitario.
Por último, los filamentos de actina tienen funciones
estructurales esenciales en la célula. En la mayoría de las células
animales podemos encontrar una red de filamentos de actina en la
región más distal del citoplasma celular. Esta red, que está unida
a la membrana plasmática mediante proteínas conectoras especiales,
le proporciona forma y estructura a la célula.
ACTIVIDAD III
1) Investiga el proceso de contracción muscular. Dibuja o copia
un esquema que lo represente y describe el proceso indicando las
estructuras que participan.
Responde aquí
FILAMENTOS INTERMEDIOS
Filamentos intermedios
Los filamentos intermedios son un elemento del citoesqueleto
hecho de muchas cadenas de proteínas fibrosas entretejidas. Como su
nombre sugiere, los filamentos intermedios tienen un diámetro
promedio de entre 8 y 10 nm, un tamaño intermedio entre el de los
microfilamentos y el de los microtúbulos (que veremos más
adelante).
Los filamentos intermedios son de diferentes variedades, cada
una hecha de un tipo distinto de proteína. Una proteína que forma
filamentos intermedios es la queratina, una proteína fibrosa que se
encuentra en el cabello, las uñas y la piel. ¡Es posible que hayas
visto anuncios de champú que afirman que pueden suavizar la
queratina de tu cabello!
A diferencia de los filamentos de actina, que pueden crecer y
desmontarse con rapidez, los filamentos intermedios son más
permanentes y juegan un papel estructural esencial en la célula.
Están especializados para soportar la tensión y entre sus funciones
se encuentran mantener la forma de la célula y anclar el núcleo y
otros organelos en su lugar.
ACTIVIDAD IV:
1) Deduce ¿qué tipo de alteración podríamos observar en un
tejido, el cuál posee células que sus filamentos intermedios, no
han desarrollado su potencial de acción?
Responde aquí
MICROTÚBULOS
A pesar de lo "micro" en su nombre, los microtúbulos son los más
grandes de los tres tipos de fibras citoesqueléticas, con un
diámetro aproximado de 25 nm. Un microtúbulo está hecho de
proteínas tubulinas organizadas para formar un tubo hueco, similar
a la forma de una bombilla. Cada tubulina está compuesta de dos
subunidades: α-tubulina y β-tubulina.
Los microtúbulos, como los filamentos de actina, son estructuras
dinámicas: pueden crecer y desmontarse rápidamente mediante la
adición o remoción de las proteínas tubulinas. Al igual que los
filamentos de actina, también presentan direccionalidad, lo que
significa que sus dos extremos son estructuralmente diferentes. En
una célula, los microtúbulos juegan un papel estructural
importante, ya que ayudan a que la célula resista las fuerzas de
compresión.
Además de proporcionar soporte estructural, los microtúbulos
tienen varias funciones más especializadas. Por ejemplo, forman
rieles para las proteínas motoras llamadas quinesinas y dineínas,
las cuales transportan vesículas y otros cargamentos en el interior
de la célula. Durante la división celular, los microtúbulos se
organizan en una estructura llamada huso, la cual separa los
cromosomas.
ACTIVIDAD V:
1) ¿Qué relación existe entre los microfilamentos y los
centriolos?
Responde aquí
2) Investiga si ¿existe o no, relación entre los microfilamentos
y el aparato de Golgi? Fundamenta tu respuesta
Responde aquí
FLAGELOS, CILIOS Y CENTROSOMAS
Los microtúbulos también son componentes clave de otras tres
estructuras más especializadas de las células eucariontes:
flagelos, cilios y centrosomas. Puede que recuerdes que nuestros
amigos los procariontes también tienen flagelos que usan para
moverse, pero no te confundas, el flagelo eucariota que veremos a
continuación tiene la misma función, pero su estructura es muy
distinta.
Los flagelos son estructuras parecidas a cabellos que se
extienden desde la superficie celular y se usan para que toda la
célula se desplace, como sucede en los espermatozoides. Si una
célula tiene flagelos, generalmente es uno o unos cuantos. Los
cilios móviles son similares, pero más cortos y usualmente más
numerosos. Cuando las células con cilios móviles forman tejidos, el
movimiento de batido de estos ayuda a mover materiales a lo largo
de la superficie del tejido. Por ejemplo, los cilios de las células
de tu sistema respiratorio superior ayudan a mover el polvo y las
partículas hacia tus fosas nasales.
En los flagelos y cilios móviles, las proteínas motoras llamadas
dineínas se mueven a lo largo de los microtúbulos para generar una
fuerza que hace que el cilio o flagelo se mueva. Las conexiones
estructurales entre los pares de microtúbulos y la coordinación del
movimiento de las dineínas permiten que la actividad de las motoras
genere un patrón de batido regular.
Puede que hayas notado otra característica en el diagrama
anterior: el cilio o flagelo tiene un cuerpo basal ubicado en su
base. El cuerpo basal está hecho de microtúbulos y juega un papel
clave en el ensamblaje del cilio o flagelo. Una vez que esta
estructura ha sido ensamblada, también regula qué proteínas pueden
entrar o salir. El cuerpo basal en realidad es un centriolo
modificado
Un centriolo es un cilindro de nueve tripletes de microtúbulos
unidos por proteínas de soporte. Los centriolos son más conocidos
por su función en los centrosomas, estructuras que actúan como
centros de organización de microtúbulos en las células
animales.
Un centrosoma consiste de dos centriolos en ángulo recto entre
ellos y rodeados de una masa de "material pericentriolar", que
proporciona sitios de anclaje para los microtúbulos.
ACTIVIDAD VI:
1) Investiga una célula que forme parte de nuestro cuerpo o que
forme parte de otro organismo, que presente cilios o flagelos.
Realiza un esquema de ella, describe el esquema y la función que
cumplen las estructuras que incluiste en el esquema.
Responde aquí
El centrosoma se duplica antes de que la célula se divida y el
par de centrosomas parece tener una función en la organización de
los microtúbulos que separan a los cromosomas durante la división
celular. Sin embargo, la función exacta de los centriolos en este
proceso no es clara todavía. Las células a las que se les ha
quitado el centrosoma siguen siendo capaces de dividirse y las
células vegetales, que carecen de centrosomas, se dividen sin
problemas.
APOPTOSIS
La apoptosis es una forma de muerte celular programada, o
"suicidio celular". Es diferente de la necrosis, en la cual las
células mueren debido a lesiones.
La apoptosis es un proceso ordenado donde el contenido celular
se empaca en pequeños paquetes membranosos para que las células
inmunitarias "recojan los desperdicios".
La apoptosis retira las células durante el desarrollo, elimina
las células infectadas de virus y las potencialmente cancerosas, y
mantiene el equilibrio en el organismo.
Video apoptosis: https://youtu.be/FV2HDZxJgjk
Puedes pensar que es malo que mueran las células de tu cuerpo.
En muchos casos, eso es verdad: no es bueno que mueran las células
debido a lesión (por ejemplo, de una rozadura o un producto químico
dañino). Sin embargo, también es importante que sí mueran algunas
células de nuestros cuerpos, no aleatoriamente, sino de una manera
cuidadosamente controlada.
Por ejemplo, ¿alguna vez te has preguntado cómo se formaron tus
dedos? Resulta que a las células entre tus dedos en desarrollo se
les indicó morir desde hace mucho tiempo, mientras tú seguías
siendo un embrión. Si no hubiera sido así, tendrías dedos unidos
por una membrana o quizás solo paletas de tejido sin dedos en lo
absoluto.
Las células entre tus dedos embrionarios murieron en un proceso
llamado apoptosis, una forma común de muerte celular programada. En
la muerte celular programada, las células experimentan un “suicidio
celular” cuando reciben ciertas señales. La apoptosis implica la
muerte de una célula, pero beneficia al organismo en su totalidad
(por ejemplo, deja que los dedos se desarrollen o elimina células
cancerosas potenciales).
Apoptosis frente a necrosis:
En términos generales, las células en un organismo multicelular
como tú mueren de dos maneras:
Son asesinadas por cosas que las dañan (como sustancias químicas
tóxicas o lesiones físicas), un proceso llamado necrosis. O Son
activadas para someterse a la muerte celular programada,
apoptosis.
La necrosis y la apoptosis ocurren en diferentes circunstancias
e implican diferentes pasos. En pocas palabras, la necrosis es
desordenada y causa una respuesta inmunitaria de inflamación,
mientras que la apoptosis es ordenada y divide a la célula en
pequeños paquetes que pueden absorberse y reciclarse por otras
células.
Necrosis (la manera desordenada)
Cuando se dañan las células por factores nocivos (como lesión o
productos químicos tóxicos), usualmente “derraman sus entrañas” en
cuanto mueren. Debido a que la membrana plasmática de la célula
dañada ya no puede controlar el paso de iones y de agua, la célula
se hincha y su contenido se fuga a través de los agujeros en la
membrana plasmática. Esto a menudo causa inflamación en el tejido
que rodea la célula muerta.
Apoptosis (la manera ordenada)
Las células que experimentan apoptosis pasan por un proceso
diferente y mucho más ordenado. Se encojen y desarrollan
protuberancias parecidas a burbujas (nombre técnico: “ampollas”) en
su superficie. El ADN en el núcleo se corta en pedazos pequeños y
algunos organelos de la célula, tales como el retículo
endoplásmico, se descomponen en fragmentos. Al final, la célula
entera se divide en pedazos pequeños, cada uno envuelto
cuidadosamente en un paquete de membrana.
¿Qué les sucede a los pedazos? Liberan señales que atraen a
células inmunitarias que comen restos (fagocitarias), tales como
los macrófagos. Además, los fragmentos de la célula moribunda
exhiben una molécula de lípido llamada fosfatidilserina en su
superficie. La fosfatidilserina generalmente se oculta en el
interior de la membrana y cuando está en el exterior, deja que los
fagocitos se unan y “coman” los fragmentos de la célula.
¿Por qué las células se someten a apoptosis?
Muchas células en el cuerpo humano tienen la capacidad inherente
para experimentar apoptosis (de la misma manera que tienen la
capacidad inherente para copiar su ADN o descomponer los
combustibles). Básicamente, la apoptosis es una forma general y
conveniente para eliminar las células que ya no deberían formar
parte del organismo.
Algunas células necesitan ser "eliminadas" durante el
desarrollo; por ejemplo, para tallar gradualmente una estructura
intrincada como una mano de un bloque más grande de tejido.
Algunas células son anormales y podrían lastimar el resto del
organismo si sobreviven, como las células con infecciones virales o
daños en el ADN.
Las células en un organismo adulto pueden eliminarse para
mantener el equilibrio, para dar lugar a nuevas células o eliminar
células necesarias solo para tareas temporales.
La apoptosis es parte del desarrollo
En muchos organismos, la muerte celular programada es una parte
normal del desarrollo.
La apoptosis también desempeña un papel clave en el desarrollo
humano. Por ejemplo, como vimos en la introducción, tu mano empezó
como un bloque de tejido parecido a una paleta cuando eras un
embrión. El bloque fue “tallado” en dedos por la apoptosis de las
células entre los dedos en desarrollo.
ACTIVIDAD VII:
1) Realiza un cuadro comparativo entre la necrosis y la
apoptosis:
NECROSIS
APOPTOSIS
Causa
Descripción
Este proceso ocurre en todo tipo de especies vertebradas que
tienen dedos en manos o pies, y menos apoptosis da lugar a más
membrana entre los dedos. A veces, si sucede un error pequeño
durante el desarrollo del dedo de la mano o pie, la apoptosis puede
ser incompleta (y genera, por ejemplo, dedos del pie
fusionados).
Otros ejemplos de la apoptosis durante el desarrollo normal
incluyen la pérdida de la cola de un renacuajo conforme se
convierte en una rana, y la eliminación de las neuronas
innecesarias cuando los circuitos neuronales en el cerebro se están
"conectando".
La apoptosis puede eliminar las células infectadas o
cancerosas
En algunos casos, una célula puede ser una amenaza para el resto
del cuerpo si sobrevive. Por ejemplo, este puede ser el caso de
células con ADN dañado, células precancerosas y células infectadas
por virus. Si estas células experimentan apoptosis, se elimina la
amenaza (como cáncer o propagación de una infección viral) para el
resto del organismo.
Cuando su ADN está dañado, usualmente la célula detectará el
daño e intentará repararlo. Si el daño es irreparable, la célula
normalmente se enviará a sí misma a la apoptosis, y así asegura que
no transmitirá su ADN dañado. Cuando las células tienen ADN dañado,
pero no pueden realizar la apoptosis, pueden estar en camino hacia
el cáncer.