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 mpia.valenzuela@colegioantarticachilena.cl

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.