Ejercicio 1Sección 1. La unidad de la vida
AUTOEVALUACIÓN - Capítulo 5. Cómo están organizadas las células
Cuestionario:
- Distinga entre los siguientes términos: membrana celular/pared celular; núcleo/nucléolo; retículo endoplasmático liso/retículo endoplasmático rugoso; lisosomas/peroxisomas; cloroplastos/mitocondrias; cilios/flagelos; cuerpo basal/centríolo.
- Describa la estructura de la membrana celular. ¿De qué manera difieren las dos caras de la membrana? ¿Cuál es la importancia funcional de estas diferencias?
- a) Dibuje una célula animal. Incluya las principales organelas y póngales nombre. b) Prepare un dibujo similar con nombres de una célula vegetal. c) ¿Cuáles son las principales diferencias entre la célula animal y la vegetal?
- ¿Por qué la pared secundaria de una célula vegetal está por dentro de la pared celular primaria? ¿Dónde está la membrana celular en relación a las dos paredes celulares?
- ¿Cuáles son las funciones del citoesqueleto? Describa las similitudes y diferencias entre microtúbulos, filamentos de actina y filamentos intermedios.
- Explique las funciones de cada una de las siguientes estructuras: ribosomas, retículo endoplasmático, vesículas y complejos de Golgi. ¿Cómo es su interacción en la síntesis y envío del nuevo material de membrana y en la exportación de proteínas por la célula?
- Use una regla y el marcador de escala en la base de las fotomicrografías de las figs. 5-4, 5- 30 b del libro y para determinar: a) el grosor aproximado de una membrana celular, b) el diámetro de un cilio y c) el diámetro de un microtúbulo dentro de un cilio. (Esta es la manera como los microscopistas determinan los tamaños de los componentes celulares.) ¿Podría resolverse un cilio en un microscopio óptico?, es decir ¿es superior su diámetro a 0,2 micrómetro )
- a) Dibuje un corte transversal de un cilio. b) Dibuje un corte transversal del cuerpo basal de un cilio. c) ¿Cuáles son las diferencias entre las dos estructuras?
- Basándose en lo que usted sabe acerca de las funciones de cada una de las estructuras del cuadro 5-1. del libro ¿Qué componentes esperaría usted que fuesen los más destacados en cada uno de los siguientes tipos celulares: células musculares, espermatozoides, células de las hojas verdes, glóbulos rojos, glóbulos blancos?
- Dos hermanos estaban en tratamiento médico por esterilidad. El examen microscópico de su semen mostró que los espermatozoides eran inmóviles y que los "brazos" de dineína faltaban en las estructuras microtubulares. Los hermanos también tenían bronquitis crónica y otras dificultades respiratorias. ¿Puede explicar por qué?
Respuestas:
1.Distinga entre los siguientes términos: membrana celular/pared celular; núcleo/nucléolo; retículo endoplasmático liso/retículo endoplasmático rugoso; lisosomas/peroxisomas; cloroplastos/mitocondrias; cilios/flagelos; cuerpo basal/centríolo.
La membrana celular es una doble capa de fosfolípidos, proteínas globulares que la atraviesan, y moléculas de colesterol ubicadas de tal manera que las colas hidrofóbicas apuntan hacia adentro de la célula. En muchos tipos de células, las moléculas de glucolípidos están interespaciadas con las moléculas de fosfolípidos de la capa externa. Todas las células están rodeadas por una membrana celular. La pared celular es una estructura rígida ubicada por fuera de la membrana celular en las plantas, algas, hongos y en los procariotas. En las plantas y en las algas, consiste en moléculas de glucosa en una matriz de polímeros viscosos. En los hongos, está compuesta principalmente de quitina. En los procariotas, es una estructura compleja compuesta de polisacáridos y péptidoglucanos.
El núcleo es la estructura que contiene el material hereditario (DNA) en las células eucarióticas. Está contenido dentro de una doble membrana, la membrana nuclear. El nucleolo es un cuerpo (o cuerpos) dentro del núcleo en las células eucarióticas. Es el sitio en el cual se construyen las subunidades ribosomales.
El retículo endoplasmático rugoso es un sistema de canales tubulares membranosos con ribosomas adheridos, que se encuentra en el citoplasma. Se continúa con la membrana externa de la membrana nuclear y está presente en grandes cantidades en las células que producen proteínas de exportación. El retículo endoplasmático liso es un sistema de canales tubulares membranosos sin ribosomas adheridos. Se continúa con el retículo endoplasmático rugoso. Se encuentra en grandes cantidades sólo en las células especializadas en la síntesis o en el metabolismo de los lípidos, y en el hígado, donde parece estar vinculado con procesos de desintoxicación.
Los lisosomas son vesículas relativamente grandes que contienen enzimas hidrolíticas involucradas en la degradación de proteínas, polisacáridos y lípidos. Los peroxisomas contienen enzimas para las reacciones celulares que producen peróxido de hidrógeno (H2O2), y que rompen el H2O2 en H2 y O2.
Los cloroplastos son plástidos que contienen clorofila, y es donde ocurre la fotosíntesis. Están rodeados por dos membranas y poseen un tercer sistema de membranas interno. Se encuentran solamente en plantas y algas. Las mitocondrias también están rodeadas por dos membranas, con la más interna plegada de tal manera de formar crestas o estantes. La moléculas orgánicas que brindan energía son rotas en la mitocondria, y la energía liberada es reempaquetada en pequeñas unidades para las actividades celulares. Las mitocondrias se encuentran virtualmente en todas las células eucarióticas.
Los cilios son estructura cortas que semejan látigos, y que están construidas por 9 pares de microtúbulos fusionados que forman un anillo que rodea a dos microtúbulos solitarios. Los flagelos son estructuras largas que también tienen aspecto de látigo, con la misma estructura que los cilios.
El cuerpo basal es una estructura que consiste en 9 tripletes de microtúbulos alrededor de la periferia, pero sin microtúbulos en el centro. Da lugar a los cilios y a los flagelos. El centríolo es similar al cuerpo basal en estructura. Dos pares de centríolos se sitúan en la región del citoplasma próxima a la envoltura nuclear y están asociado con el huso mitótico en la división celular. Tanto los cuerpos basales como los centríolos parecen estar relacionados con la organización de los microtúbulos.
2.Describa la estructura de la membrana celular. ¿De qué manera difieren las dos caras de la membrana? ¿Cuál es la importancia funcional de estas diferencias?
De acuerdo con el modelo actual, la membrana celular está formada por una doble capa de moléculas de fosfolípidos en un arreglo tal que las colas hidrofóbicas de las moléculas de ácídos grasos apuntan hacia adentro, y sus cabezas hidrofílicas (fosfatos) apuntan hacia fuera. La estructura de esta bicapa es fuida, permitiendo el movimiento lateral. Metidas en la bicapa, y emergiendo hacia afuera de ella por ambos lados, aparecen grandes moléculas de proteínas llamadas proteínas integrales de la membrana. Las dos caras de la membrana difieren en su composición química: tienen distintas concentraciones de ciertas moléculas lipídicas, y las proteínas integrales difieren en su orientación, composición y estructura terciaria. Además, existen proteínas periféricas que se adhieren a algunas de las proteínas integrales en la cara citoplasmática de la membrana. En la cara externa de la membrana, algunas cadenas de carbohidratos se adhieren a las porciones expuestas de las proteínas integrales y se extienden desde las moléculas de glucolípidos interespaciadas con las moléculas de fosfolípidos de la cara externa. Las cadenas de carbohidratos parecen cumplir funciones en la adhesión de las células unas con otras, y con el “reconocimiento” de moléculas específicas tales como anticuerpos y hormonas.
3.a) Dibuje una célula animal. Incluya las principales organelas y póngales nombre. b) Prepare un dibujo similar con nombres de una célula vegetal. c) ¿Cuáles son las principales diferencias entre la célula animal y la vegetal?
a. Véase figura 5-13 del libro.
b. Véase figura 5-14 del libro.
c. Las células animales contienen centríolos, lisosomas, y a menudo cilios y/o flagelos. Todos están normalmente ausentes en las células vegetales. Las células de las plantas contienen plástidos (cromoplastos, leucoplastos y cloroplastos), grandes vacuolas y tienen paredes celulares. Todas estas estructuras están ausentes en las células animales.
4.¿Por qué la pared secundaria de una célula vegetal está por dentro de la pared celular primaria? ¿Dónde está la membrana celular en relación a las dos paredes celulares?
La pared celular secundaria se forma a medida que la célula de la planta madura y, dado que es producida por la misma célula, necesariamente se encuentra por dentro de la pared celular primaria. La membrana celular se encuentra por dentro de la pared celular secundaria.
5.¿Cuáles son las funciones del citoesqueleto? Describa las similitudes y diferencias entre microtúbulos, filamentos de actina y filamentos intermedios.
El citoesqueleto mantiene la forma de la célula, sostiene las organelas en su lugar, dirige el tráfico intracelular, y permite el movimiento celular.
Los microtúbulos, los filamentos de actina, y los filamentos intermediarios son todos componentes del citoesqueleto. Sus composiciones químicas, sin embargo, difieren. Los microtúbulos son tubos huecos (de aproximadamente 22 nm en diámetro) formados por dímeros de alfa y beta tubulina (proteínas globulares). Los microtúbulos aumentan de tamaño por el agregado de dímeros, principalmente en uno de sus extremos, llamado extremo “más” o de crecimiento rápido, y también pueden desarmarse por la eliminación de dímeros, de acuerdo con las necesidades de la célula. Los microtúbulos están involucrados en la división celular, forman una estructura de sostén temporaria durante la síntesis de estructuras celulares, y son los componentes primarios de los cilios y los flagelos. Los filamentos de actina (que en promedio tienen 6 nm de diámetro) son filamentos formados por moléculas de la proteína globular actina. Cumplen un papel en la división y en la motilidad celular y, como los microtúbulos, pueden ser rápidamente ensamblados o desensamblados. Los filamentos intermedios (entre 7 y 11 nm en diámetro) están compuestos por proteínas fibrosas y parecen dar soporte estructural a la célula. Constituyen la lámina nuclear. Una vez formados no pueden ser fácilmente destruidos.
6.Explique las funciones de cada una de las siguientes estructuras: ribosomas, retículo endoplasmático, vesículas y complejos de Golgi. ¿Cómo es su interacción en la síntesis y envío del nuevo material de membrana y en la exportación de proteínas por la célula?
Los ribosomas son los sitios en donde se sintetizan las proteínas. Los ribosomas involucrados en la síntesis de proteínas citoplasmáticas que serán usadas dentro de la célula tienden a estar dispersos por todo el citoplasma. Aquellos involucrados en la síntesis de proteínas de las membranas celulares o de exportación suelen estar pegados al retículo endoplasmático. El retículo endoplasmático sirve como sitio o superficie de trabajo para muchas de las actividades bioquímicas de las células, incluyendo la síntesis de proteínas y de lípidos. Las vesículas transportan proteínas recientemente sintetizadas y lípidos desde el retículo endoplasmático hasta el complejo de Golgi, de cisterna a cisterna dentro del complejo de Golgi, y desde el complejo de Golgi hasta su destino final dentro de la célula o la superficie celular. Los complejos de Golgi son activos en el procesamiento químico final, en el empaquetado, y en la distribución del nuevo material de membrana y proteínas para exportar.
Las proteínas sintetizadas para uso en las membranas o fuera de las células son ensambladas por los ribosomas en la superficie del retículo endoplasmático. Si las proteínas están destinadas a las membranas, son asociadas con los lípidos correctos recientemente sintetizados a medida que se mueven por el retículo endoplasmático transicional. En los complejos de Golgi ocurren los procesos químicos finales de las proteínas de la membrana y de los lípidos. Los materiales de la membrana así terminados viajan dentro de vesículas hasta el sitio apropiado para su incorporación.
Las proteínas destinadas a exportación se mueven desde los ribosomas (dentro de los canales del retículo endoplasmático rugoso), a través del retículo endoplasmático atravesando una zona de transición donde son compactadas en vesículas que las transportan hasta los complejos de Golgi. Allí las proteínas son también empaquetadas dentro de vesículas que las llevan hasta la superficie.
7.Use una regla y el marcador de escala en la base de las fotomicrografías de las figs. 5-4, 5- 30b del libro y para determinar: a) el grosor aproximado de una membrana celular, b) el diámetro de un cilio y c) el diámetro de un microtúbulo dentro de un cilio. (Esta es la manera como los microscopistas determinan los tamaños de los componentes celulares.) ¿Podría resolverse un cilio en un microscopio óptico?, es decir ¿es superior su diámetro a 0,2 micrómetro )
a. La membrana celular en la figura 5-4 tiene aproximadamente 6 ó 7 nanometros (nm) de espesor.
b. El diámetro de un cilio, como muestra la figura 5-30b del libro es de aproximadamente 0,2 micrometros.
c. El diámetro de un microtúbulo dentro de un cilio es de aproximadamente 0,02 micrometros. El límite de resolución de un microscopio óptico es de 0,2 micrometros.
Podría esperarse que un cilio (o un flagelo) aparezca pobremente resuelto por el microscopio óptico.
8.a) Dibuje un corte transversal de un cilio. b) Dibuje un corte transversal del cuerpo basal de un cilio. c) ¿Cuáles son las diferencias entre las dos estructuras?
a. Véase figura 5-30b del libro.
b. Véase figura 5-30a del libro.
c. Los cilios se originan en los cuerpos basales y consisten en una estructura de microtúbulos 9 + 2 . Los cuerpos basales originan las cilios y los flagelos y consisten en 9 tripletes de microtúbulos ubicados en la periferia . Los cuerpos basales no tiene microtúbulos centrales y no tienen “brazos” en ninguno de los microtúbulos de los tripletes.
9.Basándose en lo que usted sabe acerca de las funciones de cada una de las estructuras del cuadro 5-1 del libro. ¿Qué componentes esperaría usted que fuesen los más destacados en cada uno de los siguientes tipos celulares: células musculares, espermatozoides, células de las hojas verdes, glóbulos rojos, glóbulos blancos?
En las células de los músculos, los componentes más prominentes serían las mitocondrias. En las células de esperma, el núcleo, el flagelo y las mitocondrias. En células de hojas verdes, los cloroplastos y quizás las vacuolas. En los glóbulos rojos de la sangre, la membrana celular. En los glóbulos blancos, los lisosomas.
10.Dos hermanos estaban en tratamiento médico por esterilidad. El examen microscópico de su semen mostró que los espermatozoides eran inmóviles y que los "brazos" de dineína faltaban en las estructuras microtubulares. Los hermanos también tenían bronquitis crónica y otras dificultades respiratorias. ¿Puede explicar por qué?
Los hermanos parecen tener un desorden genético que afecta la estructura de los microtúbulos en los flagelos y los cilios, lo cual, a su vez, afecta el movimiento de los flagelos y los cilios. Por lo tanto, las funciones de los flagelos (como en el esperma) o de las cilios (como en las células bronquiales) resultarán afectadas en todo el cuerpo.
