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PSU -BIOLOGÍACONTENIDOS ACTUALIZADOS 2017

TOMO I

BIOLOGÍA CELULAR, PROCESOS Y FUNCIONES VITALES Edición y revisión Sebastián Román Isaac Ibacache

Edición 2017 Este material fue descargado para uso exclusivo de Camila Andrade, [email protected]. Se prohibe su reproducción. Si quieres acceder gratuitamente a este contenido visita www.psuparatodos.com

Prefacio Mediante la elaboración de este texto y la recopilación de información, el grupo docente busca entregar herramientas que faciliten la comprensión y aprendizaje de los estudiantes, con el fin de fomentar el desarrollo de un pensamiento lógico con respecto a las ciencias, permitiéndoles enfrentar sin vacilar el desafío de la PSU de biología. Todo esto, teniendo en consideración lo presente que se encuentran en nuestras vidas las ciencias biológicas, ya que, como seres vivos que somos, entenderla es entender procesos propios de nuestro organismo y entorno, lo que nos acerca a un conocimiento que muchas veces se ve lejano y ajeno. Si bien, este libro presenta los contenidos mínimos para enfrentar la prueba, una profundización de ellos permite que puedan ser ampliamente comprendidos, por esto es importante que como estudiantes se hagan preguntas y busquen sus respuestas, más allá de lo que está aquí escrito. El plan de biología consta de tres tomos, dentro de los cuales, además de los contenidos, encontramos tanto ejercicios PSU como de desarrollo. Los primeros pretenden la familiarización con el formato y los segundos le permitirán al estudiante mejorar su memoria y capacidad de hilar ideas. El presente tomo aborda los temas de biología celular, metabolismo, ciclo celular, división celular y tejidos. El tomo II trata los temas del sistema endocrino, genética y ecología. El tomo III abarca las temáticas de biología molecular, evolución, sistema nervioso y sistema inmune. Además, quisiéramos añadir los agradecimientos correspondientes, tanto a los diseñadores y docentes, como a los administrativos del preuniversitario Gauss por la contribución a la creación, revisión y distribución de este material. Esperamos que aprovechen este texto y se enriquezcan con el conocimiento, no tenemos dudas de que con la ayuda de él podrán cumplir sus metas y enfrentarse de mejor manera a la vida universitaria.

Equipo Editorial Biología

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Tabla de Contenidos

Capítulo 1: Biología Celular ......................................................................................6 1. La Célula ...................................................................................................................6 1.1. Postulados de la teoría celular ................................................................................7 1.2. Organización celular ..............................................................................................7 1.2.1. Cuadro sinóptico: niveles de organización ..........................................................9 1.3. Célula procarionte ............................................................................................... 10 1.4. Célula eucarionte ................................................................................................. 10 1.5. Ejercicios ............................................................................................................. 11 2. Biomoléculas ............................................................................................................ 12 2.1.1. Biomoléculas inorgánicas ................................................................................. 12 2.1.1.1. El agua.......................................................................................................... 12 2.1.1.2. Sales minerales ............................................................................................. 14 2.2. Ejercicios ............................................................................................................. 15 2.2.1. Biomoléculas orgánicas .................................................................................... 16 2.2.1.1. Proteínas....................................................................................................... 16 2.2.1.2. Hidratos de carbono ..................................................................................... 17 2.2.1.3. Lípidos .......................................................................................................... 18 2.2.1.4. Ácidos nucleicos ............................................................................................ 19 2.3. Ejercicios ............................................................................................................. 21 3. Membrana plasmática ............................................................................................. 22 3.1.1. Estructura y función......................................................................................... 22 3.1.2. Permeabilidad celular ...................................................................................... 23 3.1.3. Transporte pasivo............................................................................................. 23 3.1.4. Transporte activo ............................................................................................. 25 3.2. Ejercicios ............................................................................................................. 26 4. Citoplasma............................................................................................................... 28 4.1.1. Filamentos que componen el citoesqueleto........................................................ 28 4.1.2. Ribosomas ........................................................................................................ 28 4.1.3. Organelos membranosos .................................................................................. 29 4.1.3.1. Organelos propios de la célula vegetal .......................................................... 30 4.2. Ejercicios ............................................................................................................. 32 4.3. Cuadro sinóptico: Estructuras celulares .............................................................. 33 4.4. Cuadro sinóptico: Membrana plasmática y tipos de transporte ........................... 34 5. Metabolismo celular ................................................................................................ 35 5.1.1. Metabolismo celular ......................................................................................... 35 5.1.2. Reacciones químicas y moléculas elementales del metabolismo ........................ 35 5.1.3. ATP–Molécula de energía de la célula .............................................................. 36 5.1.4. Metabolismo ..................................................................................................... 37 5.1.5. Enzimas ............................................................................................................ 37 5.1.6. Factores que afectan a la actividad enzimática ................................................. 38 5.2. Ejercicios ............................................................................................................. 39 5.2.1. Glicólisis ........................................................................................................... 40 5.2.2. Respiración celular ........................................................................................... 41

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5.2.2.1. Fotosíntesis ................................................................................................... 43 5.2.2.2. Reacciones dependiente de la luz .................................................................. 44 5.2.2.3. Respiración celular ....................................................................................... 45 5.2.2.4. Factores que afectan la tasa de fotosíntesis ................................................... 45 5.3. Ejercicios ............................................................................................................. 46 6. Núcleo celular .......................................................................................................... 48 6.1.1. Estructura ........................................................................................................ 48 6.1.2. Disposición del material genético en el núcleo................................................... 49 7. Cuadro sinóptico: Célula y estructuras subcelulares................................................ 50 8. Ejercicios ................................................................................................................. 51 9. Ejercicios PSU ......................................................................................................... 52

Capítulo 2: Ciclo Celular y Organismo.................................................................... 59 1. Reproducción celular ............................................................................................... 59 1.1. Reproducción asexual .......................................................................................... 59 1.2. Reproducción sexual ............................................................................................ 60 2. Ciclo celular: interfase y división ............................................................................. 61 2.1.1. Interfase ........................................................................................................... 62 2.1.1.1. Fase G1 ......................................................................................................... 62 2.1.1.2. Fase S ........................................................................................................... 62 2.1.1.3. Fase G2 ......................................................................................................... 63 2.1.1.4. Fase M .......................................................................................................... 63 2.1.1.5. Cuadro sinóptico: Ciclo celular..................................................................... 63 3. Mitosis ..................................................................................................................... 64 3.1. Profase (2n – 4c) ................................................................................................... 64 3.2. Metafase (2n – 4c) ................................................................................................ 65 3.3. Anafase (4n – 4c) .................................................................................................. 65 3.4. Telofase (2n – 2c por núcleo) ................................................................................ 65 4. Citodiéresis (Citoquinesis) ....................................................................................... 66 4.1. Ejercicios ............................................................................................................. 67 5. Ciclo celular: Meiosis ............................................................................................... 68 5.1. Primera división meiótica (Meiosis I ó Reduccional) ............................................ 68 5.1.1. Profase I (2n – 4c) ............................................................................................. 68 5.1.2. Metafase I (2n – 4c) .......................................................................................... 69 5.1.3. Anafase I (2n – 4c) ............................................................................................ 70 5.1.4. Telofase I (n – 2c por núcleo) ............................................................................ 70 5.2. Segunda división meiótica (Meiosis II ó Ecuacional) ............................................ 70 5.3. Implicancias biológicas de la meiosis .................................................................... 71 5.4. Ejercicios ............................................................................................................. 73 5.5. Las células en los organismos pluricelulares ........................................................ 74 6. Las células en los organismos pluricelulares ............................................................ 75 6.1. Tejidos ................................................................................................................. 75 6.1.1. Tejido epitelial .................................................................................................. 75 6.1.2. Tejido conectivo ............................................................................................... 76 6.1.3. Tejido muscular ............................................................................................... 76 6.1.4. Tejido nervioso ................................................................................................. 76 6.2. Comunicación celular........................................................................................... 77 7. Ejercicios ................................................................................................................. 78

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8.

Ejercicios PSU ......................................................................................................... 80

Soluciones ejercicios PSU ........................................................................................ 87

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Capítulo 1: Biología Celular La organización biológica comienza a partir de los átomos. Estos fueron considerados como la estructura más pequeña de la materia, sin embargo, en la actualidad se sabe que éste puede ser subdividido en partículas subatómicas aún más pequeñas como los electrones, protones y neutrones. Dependiendo de la cantidad y naturaleza de las partículas subatómicas que posea el átomo, serán sus propiedades. Los átomos pueden unirse entre ellos mediante enlaces formando moléculas. En este punto podemos hablar de las propiedades emergentes. Estas propiedades aparecen en un determinado nivel de organización producto de una nueva organización de las partes. Por ejemplo la molécula de agua está formada por 2 átomos de hidrógeno y 1 de oxígeno. A temperatura ambiente tanto el oxígeno como el hidrógeno son gases, sin embargo la molécula de agua se comporta como un líquido, esto quiere decir, que una propiedad emergente no se explica por la suma de sus partes. Las moléculas que están formadas por una gran cantidad de átomos se denominan macromoléculas. Los carbohidratos, las proteínas y los ácidos nucleídos están representados a este nivel de organización. Las macromoléculas pueden organizarse en complejos denominados organelos. Los organelos son considerados elementos subcelulares ya que desarrollan una función específica dentro de la célula y poseen una estructura bien definida. En la actualidad algunos textos redefinen el concepto de organelo, agregando al concepto anterior el hecho que dichas estructuras están delimitadas por una o dos membranas. Algunos organelos importantes son las mitocondrias, cloroplastos, retículo endoplasmático, etc. En el siguiente paso en el nivel de organización surge la propiedad emergente más importante de todas, la vida. Esto significa que el elemento de menor tamaño que puede considerarse vivo es la célula. 1. La Célula La célula es un sistema molécular dinámico, organizado, autoconstruible y modificable que está delimitada por una membrana semipermeable. Sus estructuras constituyentes se denominan elementos subcelulares, los cuales permiten su actividad constante, dentro de ellos se encuentran los organelos. Durante mucho tiempo no se entendía cómo funcionaba la vida de los organismos, sin embargo ciertas observaciones realizadas durante muchos años, lograron recopilar la información necesaria para consolidar los 4 postulados de Teoría celular.

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1.1. Postulados de la teoría celular 1. La célula es la unidad estructural de la vida. Todos los seres vivos están formados de células. 2. La célula es la unidad funcional de la vida. Todas las funciones de fisiológicas de los seres vivos son explicadas por el funcionamiento de cada una de células. 3. La célula es la unidad de origen. Toda célula se origina de otra preexistente. 4. La célula es la unidad genética de los seres vivos, ya que contiene el material genético que puede ser transmitido a otras generaciones. 1.2. Organización celular Dentro de los tipos de seres vivos encontramos los unicelulares compuestos por una sola célula, donde se llevan a cabo todas sus funciones vitales, y los pluricelulares los cuales están compuestos por dos o más células. En éstos últimos organismos las células pueden agruparse con diferentes niveles de organización y formar tejidos, órganos, sistemas y finalmente un organismo, como se ejemplifica a continuación. Tipo celular

Ejemplo

Nombre Bacteria Escherichia coli. Reino Monera. Célula Procarionte

Unicelular Género Euglena. Reino Protista. Célula eucarionte Célula Vegetal Reino Vegetal Célula eucarionte Autótrofos (Realizan fotosíntesis) Pluricelular Célula Animal Reino Animal Célula eucarionte. ______________________________________________________________________________

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Célula

Tejido

Órgano

Sistema

Organismo

Célula eucarionte

Sangre

Corazón

Sistema circulatorio

Humano

Existen diferentes tipos celulares: una de las clasificaciones celulares más importantes es la división entre células procariontes y eucariontes.

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1.2.1. Cuadro sinóptico: niveles de organización

Átomo

Molécula

Organelo

UNIDAD BÁSICA DE LA MATERIA. Todos los elementos de la tabla periódica.

Moléculas inorgánicas: O2, N2, CO2, H2O. Moléculas orgánicas: Carbohidratos, lípidos, proteínas, ácidos nucleicos, clorofila.

Membrana simple: RER, REL, aparato de Golgi, lisosoma, peroxisoma . Membrana doble: Mitocondria, cloroplasto, núcleo.

Célula

UNIDAD BÁSICA DE LOS SERES VIVOS. Bacterias, levaduras, protozoos, neuronas, hepatocitos, macrófago.

Tejido

Animal: Epitelial, conectivo, nervioso, muscular (tejidos básicos). Vegetal: Meristemo, parénquima, colénquima, esclerénquima, xilema y floema.

Órgano

Animal: Estómago, corazón, pulmón, cerebro, hueso, hígado Vegetal: Raíz, hoja, tallo, flor, fruto

Sistema

Animal: Digestivo, cardiovascular, respiratorio, nervioso, locomotor, endocrino Vegetal: Vascular, fundamental, protección

Organismo

Animal: Elefante, águila, cocodrilo, rana, hormiga, lombriz, humano Vegetal: Árbol, arbusto, hierba, pasto, algas

Población

Organismos de una misma especie que comparten un tiempo y lugar geográfico

Comunidad

Organismos de distintas especies que coexisten en un tiempo y lugar geográfico. También se denomina biocenosis.

Ecosistema

Biosfera

Comunidad + factor abiótico (aire, agua, suelo)

Conjunto de todos los ecosistemas terrestres

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1.3. Célula procarionte Son las células primitivas que aparecieron hace millones de años atrás y fueron las que dieron origen a los diferentes tipos de vida en la tierra. Se caracteriza por NO poseer un núcleo definido, y no poseer organelos celulares, pero si especializaciones subcelulares, como mesosomas y ribosomas. Los organismos del reino Mónera (bacterias) están constituidos por este tipo de células. 1.4. Célula eucarionte Se originaron a partir de células procariontes. Existen varias teorías con respecto a su origen, una de las más importantes, la teoría endosimbiótica plantea que la célula eucarionte se habría generado de englobamientos seriados de células procariontes. De ésta forma se habrían formado organelos como los cloroplastos, mitocondrias y otros. Organismos compuestos de células eucariontes son por ejemplo, los hongos, las plantas y los animales, mientras que organismos compuestos por células procariontes son las bacterias y las arqueas. Célula Eucarionte

Célula Procarionte

Presente en bacterias Presente en organismos protistas, animales, vegetales y hongos. Presente en organismos uni y pluricelulares Presente en organismos unicelulares Posee un núcleo definido No posee un núcleo definido (Nucleoide) Organelos presentes solo en célula eucarionte: Elementos subcelulares presentes sólo en células procariontes: - Mitocondrias - Cápsula - Cloroplastos (célula vegetal) - Mesosomas - Retículo endoplasmático - Aparato de Golgi Ambos tipos celulares presentan. - Citoplasma - Ribosomas - Memb. plasmática.

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1.5. Ejercicios

¿A qué se refiere la frase “la célula es la unidad estructural de la vida”?

¿Qué tipo celular posee núcleo definido?

¿Cuál es la principal característica de las células autotróficas?

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2. Biomoléculas Las biomoléculas reciben éste nombre debido a que son moléculas que cumplen un rol importante en el funcionamiento de los procesos biológicos. Estas moléculas están formadas en su mayoría por sólo seis elementos químicos: carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fosforo y azufre. Existen otros elementos químicos que se encuentran en los seres vivos, pero en menor proporción, como el sodio, el potasio, el calcio, el magnesio y el fierro. Se debe recordar que una molécula está formada por átomos del mismo o de diferentes elementos unidos mediante enlaces que pueden ser covalentes o iónicos. Las biomoléculas pueden ser clasificadas de acuerdo a su naturaleza química en inorgánicas u orgánicas. Entre Las biomoléculas inorgánicas encontramos el agua y las sales minerales. Por otra parte, las biomoléculas orgánicas las encontramos exclusivamente en los seres vivos, son altamente complejas y su estructura está basada en el carbono. 2.1.1. Biomoléculas inorgánicas 2.1.1.1.

El agua

El agua constituye entre el 50% al 90% de la masa de los seres vivos, cumpliendo un rol importantísimo en el funcionamiento celular. Las propiedades tan particulares del agua que permiten la actividad biológica, se deben a que su molécula posee un comportamiento de dipolo, es decir, posee una zona eléctricamente positiva y otra negativa. Este comportamiento se produce debido a que el oxígeno atrae los electrones del hidrógeno, formando así una zona negativa y dejando a los hidrógenos con deficiencia de electrones formando una zona positiva, como se muestra en la siguiente figura:

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El comportamiento de dipolo le permite a las moléculas de agua interactuar entre ellas mediante enlaces de hidrógeno en donde la zona positiva (hidrógenos) son atraídos por la zona negativa (oxígeno). Este tipo de enlace intermolécular, denominado enlace de hidrógeno o puente de hidrógeno, le permite al agua poseer propiedades únicas como: Alta tensión superficial: Las interacciones entre las moléculas de agua permiten que en la superficie de ésta se forme una capa con mayor tensión, aumentando la resistencia a alguna perturbación. Esto permite, por ejemplo, que los insectos se posen sobre el agua, o que una aguja pueda permanecer sobre la superficie de ésta sin hundirse a pesar de tener mayor densidad que el agua. Alto calor específico: El calor específico se define como la cantidad de calor que debe agregarse a una sustancia para que ésta aumente en 1°C su temperatura. El calor específico del agua es 1 cal/g°C, esto significa que para aumentar en 1°C la temperatura de 1 g de agua, se debe suministrar 1 caloría. Comparado con otras sustancias, al agua se le debe añadir mucho calor para que ésta varíe su temperatura. Esta propiedad le permite a los seres vivos mantener una temperatura relativamente constante. Además, el agua posee alto calor de vaporización (calor disipado al pasar de estado líquido a gaseoso) y alto calor de fusión (calor disipado al pasar de estado sólido a gaseoso) lo que también permite el equilibrio térmico tanto en los seres vivos como en el ecosistema en general. La densidad del agua disminuye al congelarse debido al ordenamiento de sus moléculas, lo que le permite al hielo flotar. Esta propiedad a su vez, le permite a los seres marinos vivir bajo el agua, aun bajo temperaturas ambientales bajo cero. La temperatura de solidificación del agua disminuye al haber solutos disueltos en ella, lo cual permite a las células protegerse de las bajas temperaturas aumentando su concentración interna de soluto. El agua como solvente universal. Los enlaces oxígeno-hidrógeno de la molécula de agua son altamente polarizados, por lo que estas moléculas constituyen dipolos con cargas parciales positivas y negativas. Estas cargas hacen que el agua sea un solvente polar y así disuelve a un sin número de sustancias polares, entre ellas compuestos iónicos. Por esto el agua puede disolver a la sal de mesa y al azúcar, ya que ambas son moléculas polares. El agua posee un pH neutro ya que se disocia en iones hidroxilo (OH-) e iones hidrógeno (H+) en igual proporción. El pH neutro permite que se lleven a cabo una infinidad de reacciones químicas y además protege a la célula del poder corrosivo procedente de pH muy ácidos o muy básicos.

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2.1.1.2.

Sales minerales

Las sales minerales se encuentran en baja proporción en los seres vivos a comparación de otros elementos pero cumplen un rol vital en las funciones biológicas. Sodio y potasio: Ambos cationes participan en la transmisión del impulso nervioso. Son los principales cationes extra e intracelular, respectivamente. El sodio participa en el balance hídrico. Calcio: Catión que cumple un rol importante durante la contracción muscular y la coagulación sanguínea. Forma parte de huesos y dientes. Además participa en la regulación de variados procesos celulares como segundo mensajero. Hierro: Participa en el intercambio gaseoso de O2 y CO2, ya que está presente en la hemoglobina de los glóbulos rojos. Magnesio: Participa en procesos de absorción de energía luminosa pues está presente en la clorofila de las células vegetales. Además participa como cofactor de reacciones enzimáticas.

Moléculas de hemoglobina y clorofila.

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2.2. Ejercicios

¿Cuál es la función del catión Na+?

¿Qué propiedades posee el agua debido a su cualidad de molécula dipolar?

¿Cuál es el mineral que participa en el intercambio gaseoso?

¿Qué significa que tenga un elevado calor específico?

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2.2.1. Biomoléculas orgánicas Las biomoléculas orgánicas están constituidas principalmente por cadenas de carbono y son moléculas de alta complejidad. El átomo de carbono puede asociarse mediante 4 enlaces covalentes a otro elemento, lo que le entrega una amplia gama de moléculas y macromoléculas que se pueden formar a partir de él. Así, se pueden distinguir cuatro biomoléculas orgánicas fundamentales: Proteínas, Hidratos de carbono, Lípidos y Ácidos nucleicos. En el siguiente cuadro se resumen las principales características de las biomoléculas orgánicas.

2.2.1.1.

Proteínas

Las proteínas están compuestas por C, H, O y N, y pueden presentar además S y P. Las proteínas constituyen polímeros formados por subunidades (monómeros) denominados aminoácidos. Los aminoácidos están constituidos por un carbono central al cual se le une un hidrógeno, un grupo amino (-NH2), un ácido carboxílico (-COOH), y una cadena lateral que varía de un aminoácido a otro. Los aminoácidos se unen entre sí por un enlace covalente llamado enlace peptídico, mediante una reacción de síntesis por deshidratación en donde se pierde una molécula de agua por cada enlace formado. Cuando se unen dos aminoácidos se forma un dipéptido, cuando se unen más de 10 aminoácidos, un polipéptido y la unión de polipéptidos da origen a una proteína. En total se conocen 20 aminoácidos, con los cuales se sintetizan una gran variedad de proteínas diferentes. Así, las proteínas se pueden distinguir entre ellas dependiendo de la cantidad, el tipo de aminoácidos que la conforman y el lugar que estos ocupan dentro de la proteína. Los aminoácidos pueden ser sintetizados por el propio organismo (aminoácidos no esenciales) o provenir de la degradación de proteínas presentes en los alimentos. Si éstos son indispensables en el organismo y éste no es capaz de sintetizarlos, o su síntesis es insuficiente de acuerdo a los requerimientos, se denominan aminoácidos esenciales. Estos últimos varían entre las distintas especies, la edad del individuo e incluso su estado de salud. Para el hombre son aminoácidos esenciales: arginina, lisina, metionina, triptófano, valina, isoleucina, histidina, treonina, fenilalanina y leucina.

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Debido a que los aminoácidos que conforman una proteína poseen diversos grupos laterales, éstos pueden interaccionar entre sí para formar estructuras, las que pueden clasificarse en: Estructura primaria: Corresponde a la cadena lineal de aminoácidos, uno al lado del otro, unidos mediante el enlace peptídico. Estructura secundaria: Es la ordenación espacial de las cadenas peptídicas considerando interacciones débiles entre las cadenas laterales de los aminoácidos que conforman la proteína. Estas interacciones son principalmente de tipo puente de hidrógeno, pero también pueden ser interacciones electrostáticas. Las estructuras secundarias más comunes son la lámina plegada (beta) y la hélice alfa, pero también pueden presentarse estructuras secundarias al azar. Estructura terciaria: Es la organización tridimensional de varias estructuras secundarias las cuales son estabilizadas por puentes de hidrógeno y enlaces covalente, principalmente a través de enlaces disulfuro o puentes disulfuro(S-S). Estructura cuaternaria: Cuando una proteína está conformada por más de una cadena peptídica, cada una de ellas adquiere, en forma independiente, su estructura primaria, secundaria y terciaria, para luego asociarse a través de interacciones fuertes o débiles, formando la estructura cuaternaria. Las proteínas son las biomoléculas más versátiles de la célula, ya que pueden llevar a cabo un sinfín de funciones, ya sean estructurales, como componente de membranas, cápsulas y citoesqueleto; hormonales, como la insulina; de transporte, como la hemoglobina que transporta oxígeno en el interior de los glóbulos rojos; contráctiles, como la actina y miosina en las células musculares; inmunológicas, como los anticuerpos; y enzimáticas ya que catalizan las reacciones celulares. 2.2.1.2.

Hidratos de carbono

Los hidratos de carbono o carbohidratos están constituidos principalmente de carbono e hidrógeno (de ahí su nombre) y en menos proporción por oxígeno. Son las principales moléculas que almacenan la energía química sintetizadas por las plantas y que nosotros consumimos. Los carbohidratos se pueden clasificar en monosacáridos, disacáridos y polisacáridos. Los monosacáridos son los azúcares más simples, formados por una única unidad. Éstos se subclasifican de acuerdo al número de carbonos que poseen en: Triosas (3C), Tetrosas (4C), Pentosas (5C), Hexosas (6C), Heptosas (7C). Dos monosacáridos, iguales o distintos, pueden unirse mediante la formación de un enlace covalente llamado enlace glucosídico para generar así un disacárido, entre los cuales encontramos: sacarosa (glucosa + fructosa), lactosa (glucosa + galactosa) y maltosa (glucosa + glucosa). Si se unen más de 100 monosacáridos mediante enlaces glucosídicos se obtienen polímeros de carbohidratos denominados polisacáridos, como lo son el almidón, la celulosa y el glucógeno.

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Si bien los tres polisacáridos son polímeros de glucosa, la forma en que se establecen sus enlaces les otorga propiedades diferentes. El almidón cumple un papel de almacenamiento energético. Las plantas, por ejemplo, transforman la energía lumínica en energía química guardándola en forma de almidón. El glucógeno es la molécula a través de la cual los animales almacenan energía. Se sintetiza en el hígado y puede hidrolizarse en moléculas más sencillas cuando el organismo está falto de energía. La celulosa tiene un rol estructural y no de almacenamiento, formando parte de la pared celular en las plantas y no es digerible por los animales, ya que carecen de enzimas para ello. Encontramos oligosacáridos formando parte esencial de la membrana plasmática, siendo importante en el reconocimiento celular, señalizadores celulares y confieren resistenciamecanica en la matriz extracelular.

2.2.1.3. Lípidos Los lípidos son de naturaleza variada, sin embargo a todos los caracteriza el no poder disolverse en agua. Se debe recordar que el agua tiene una naturaleza polar (posee una carga parcial positiva y una negativa) y los lípidos se caracterizan por ser apolares (sin carga). La unidad estructural de la mayoría de los lípidos son los ácidos grasos, que se encuentran en los lípidos macromoléculares como los triglicéridos y los fosfolípidos. Además, encontramos otro tipo de lípidos que poseen anillos alifáticos (constituidos de -CH2) como algunos esteroides, vitaminas y hormonas. Ácidos grasos: Estructurados por una cadena hidrocarbonada y su extremo presentan un grupo carboxilo (COOH). Los carbonos de la cadena pueden estar unidos sólo por enlaces simples (ácido graso saturado) o presentar a lo menos un enlace doble o triple (ácido graso insaturado), en este caso la molécula posee mayor flexibilidad. Los ácidos grasos forman parte de otros lípidos de mayor complejidad.

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Triglicéridos: Se forman a partir de 3 ácidos grasos y una molécula de glicerol mediante una reacción de deshidratación llamada esterificación. En animales se encuentra en el tejido adiposo y en vegetales se encuentra en forma de aceite. Los triglicéridos pueden ser saturados o insaturados dependiendo de los ácidos grasos que contenga. Fosfolípidos: Son parecidos a los triglicéridos, sin embargo, poseen sólo 2 ácidos grasos unidos al glicerol y un grupo fosfato, el cual, a su vez, está unido a un grupo polar llamdo colina. El grupo polar es hidrofílico y sus ácidos grasos son hidrofóbicos, esta dualidad le otorgan la denominación de molécula anfipática. Al estar en contacto con el agua las colas hidrofóbicas se atraen formando micelas, monocapas y bicapas. Esteroides: El más conocido es el colesterol, el que cumple con un rol estructural en las células formando parte de las membranas plasmáticas, además es el precursor de diferentes mensajeros químicos como las hormonas sexuales y las corticoadrenales. Carotenoides: Son pigmentos accesorios. Estas moléculas se encuentran en las plantas y su principal función es captar energía luminosa en longitudes de onda diferente a la de la clorofila, dan colores llamativos a frutos y flores, lo que es importante en el proceso de polinización. De los carotenos derivan ciertas moléculas importantes como la vitamina A (retinol). Se caracterizan por tener propiedaes antioxidantes. 2.2.1.4.

Ácidos nucleicos

Los ácidos nucleicos están formados por C, H, O, N y P. La unidad fundamental o monómero es el nucleótido, éste se conforma de una azúcar de 5C (pentosa), un grupo fosfato, y una base nitrogenada, la que puede ser guanina (G), citosina (C), adenina (A), timina (T) o uracilo (U). Los nucleótidos se unen entre sí mediante enlace covalente llamado enlace fosfodiéster. La unión de una base nitrogenada con una pentosa se conoce con el nombre de nucleósido.

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Existen dos tipos de ácidos nucleicos: El ácido desoxirribonucleico (ADN) y el ácido ribonucleico (ARN). Ácidos ribonucleicos Nombre

Ácido desoxirribonucleico (ADN)

Ácido ribonucleico (ARN)

Estructura

Doble hebra

Hebra simple

Función

Molécula que almacena la información genética.

Molécula que sirve como intermediario entre la información que se encuentra en el núcleo y la síntesis proteica de esta que ocurre en el citoplasma (ARNm). Forma parte del ribosoma (ARNr). Se encuentra formando ARNt, molécula que transporta aminoácidos al ribosoma. Posee función energética (ATP) y forma moléculas reductoras como NADH, FADH y NADPH.

Formada por…

Fosfato. Azúcar: Dexosirribosa (pentosa)

Fosfato. Azúcar: Ribosa (con un grupo OH más en el carbono 2 de Pentosa) Base nitrogenada: U, C, G, A. No contiene Timina.

Base nitrogenada: No contiene Uracilo.

T-A,

C-G

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2.3. Ejercicios

¿Cuál es la diferencia entre los polisacáridos, glucógeno y almidón?

¿Qué biomolécula NO forma parte de la membrana plasmática?

¿Puede la estructura terciaria de las proteínas ser de forma alfa-hélice? Justifique

¿Qué tipo de enlace permite la unión entre dos aminoácidos? ¿Es lo mismo que una amida?

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3. Membrana plasmática

3.1.1. Estructura y función La membrana plasmática es una estructura formada principalmente por lípidos y proteínas que rodea a la célula y la contiene, permitiendo que los procesos químicos sucedan al interior de la célula en forma aislada, y diferenciando así el contenido intracelular del extracelular. Además, la membrana plasmática puede captar mensajes del medio extracelular mediante receptores de membrana, permite el paso selectivo de sustancias desde el interior al exterior de la célula y viceversa. Contiene enzimas en su superficie capaces de realizar reacciones químicas importantes y posee proteínas que le permiten la unión e intercambio entre células. La estructura de la membrana plasmática se compone de una bicapa lipídica formada por fosfolípidos. En las células animales también encontramos colesterol, el que funciona como un estabilizador de la rigidez de la membrana, a altas temperatura cuando los fosfolípidos se comportan como líquidos, el colesterol aportara rigidez, en cambio a bajas temperaturas, cuando los fosfolípidos se comporten como grasas (sólidos) el colesterol aportara fluidez a la membrana. Las proteínas se encuentran embebidas en la bicapa y en constante movimiento. Se denominan proteínas intrínsecas o transmembrana a las proteínas que atraviesan la bicapa, y extrínsecas o periféricas cuando se encuentran sobre una de las caras de la membrana. De la observación de esta composición se postuló el modelo actual de la estructura de la membrana plasmática conocido como Modelo de Mosaico Fluido. Por último, en la membrana también podemos encontrar hidratos de carbono, los cuales se asocian a lípidos y a proteínas formando respectivamente glicolípidos y glicoproteínas, su función principal es el reconocimiento celular en la superficie externa de la membrana. Dentro de las proteínas de membrana encontramos: receptores que captan mensajeros químicos y desencadenan una respuesta celular; enzimas que catalizan (aceleran) reacciones químicas y transportadores que trasladan moléculas no liposolubles a través de la membrana.

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3.1.2. Permeabilidad celular La permeabilidad celular corresponde a la capacidad que posee la célula de dejar fluir moléculas desde el interior de la célula hacia el exterior y viceversa. La membrana plasmática es sumamente selectiva, es decir, la encargada de controlar la permeabilidad celular. Es altamente impermeable a las moléculas grandes y/o que poseen carga, como por ejemplo la glucosa y los iones, mientras que permite el paso de moléculas pequeñas y sin carga sin mayor dificultad, como el agua, el CO2 o el O2. Para comprender mejor la selectividad de la membrana o bien cómo ésta permite el paso de sustancias debemos definir primero algunos conceptos: Solución: Mezcla homogénea de dos componentes; el que se encuentra en mayor proporción se denomina solvente; y los otros que se encuentran en menor proporción se denominan soluto. Concentración: Proporción entre la cantidad de soluto y solvente que hay en la solución. Por ejemplo si agregas 30g de azúcar a 1 litro de agua la concentración de esa solución será 30 g/L. Gradiente: Diferencias de concentración en dos puntos, por ejemplo cuando agregas una cucharadita de azúcar a una taza de té, el agua que está inmediatamente al lado de la cuchara tendrá una concentración mayor de azúcar que el agua que se encuentra a mayor distancia de la cuchara. La diferencia entre la concentración cerca de la cuchara y el extremo más lejano se denomina gradiente. Luego al revolver, la concentración de azúcar en el té es igual y se llega a un equilibrio, por lo tanto el gradiente desaparece. Difusión: Movimiento azaroso de las partículas que les permite distribuirse homogéneamente en una solución.

El transporte a través de la membrana plasmática se puede clasificar en función de si se necesita o no gastar energía para transportar el soluto en Transporte Pasivo o Transporte Activo. 3.1.3. Transporte pasivo Es el intercambio simple de moléculas de una sustancia a través de la membrana plasmática. Este tipo de transporte no requiere gasto energético ya que se da a favor del gradiente de concentración, es decir, desde el lugar donde hay una mayor concentración hasta donde hay una menor. El transporte pasivo se puede clasificar en:

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Difusión simple: La membrana plasmática permite el paso de pequeñas moléculas polares (etanol y urea), gases (CO2, O2, N2) y moléculas apolares (lípidos). La velocidad de difusión es directamente proporcional al gradiente de concentración.

Osmosis: Es el movimiento del agua desde una zona de menor concentración de soluto (hipotónica) a una de mayor concentración (hipertónica) hasta alcanzar un equilibrio. Gracias a la membrana plasmática, en la célula existe un control tanto de la concentración de solutos intracelular como de la extracelular. Esto es importante para que la célula no sufra daño. El medio adecuado para la sobrevivencia de la célula es una solución isotónica, o sea que haya la misma concentración en el interior que en el exterior de la célula. Por ejemplo, si una célula es introducida en un medio hipertónico esto provocaría la salida de agua de la célula, encogiendo el tamaño del citoplasma, en las células animales este proceso recibe el nombre de crenación, en las vegetales plasmólisis. Por el contrario, si se coloca una célula en una solución hipotónica esta se hinchará hasta reventarse (citólisis) o, si se trata de una célula vegetal, la pared impedirá la ruptura pero se hinchará (turgencia). Difusión facilitada: Este tipo de difusión permite el paso de moléculas que no pueden atravesar la membrana plasmática por sí mismas, ya sea por su naturaleza polar o su tamaño, necesitando de transportadores y/o canales iónicos Los canales iónicos son proteínas con forma hueca que permiten el paso de los iones como Na+, K+, Ca2+, que participan en el impulso nervioso y en la traducción de señales celulares. Los transportadores al igual que los canales iónicos son proteínas, sin embargo al transportar a las moléculas sufren un cambio conformacional que les permite pasar el soluto hacia el otro lado de la membrana. La velocidad de difusión de moléculas depende, además del gradiente de concentración, de la cantidad de canales o transportadores que estén activos, ya que una vez que se han saturado, la velocidad de la difusión descenderá aunque no se haya logrado el equilibrio.

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3.1.4. Transporte activo Este tipo de transporte de sustancias a través de la membrana plasmática se caracteriza por realizarse en contra del gradiente de concentración de dichas sustancias, es decir desde una menor concentración hacia una zona de mayor concentración. Para que esto ocurra debe haber un gasto de energía. Las bombas son de naturaleza proteica y pueden transportar moléculas en contra de su gradiente de concentración ya que poseen actividad enzimática que hidroliza ATP. La más conocida es la bomba de sodio- potasio. Esta bomba mantiene un gradiente electroquímico constante en la membrana plasmática puesto que aumenta forzadamente la concentración extracelular de sodio y la concentración intracelular de potasio. Esto permite la propagación del impulso nervioso. Por cada molécula de ATP hidrolizada, la bomba de sodio-potasio ingresa 2 iones potasio y saca 3 iones sodio. A este tipo de transportador se le llama transportador primario. Los cotransportadores son proteínas que movilizan elementos en contra de su gradiente de concentración aprovechando el flujo de otra partícula a favor de su gradiente, así como se mueven las astas de un molino gracias al viento, existen cotransportadores que movilizan glucosa gracias a los gradientes de sodio. Estos pueden ser clasificados como simporte, si ambas partículas se mueven en el mismo sentido, y antiporte si se mueven en sentidos opuestos (intra o extracelular). A este tipo de transportador se le llama transportador secundario ya que depende de los gradientes generados por las bombas.

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Transporte mediado por vesículas: Es un tipo particular de transporte activo que ocurre ante la presencia de sustancias o moléculas de tamaño significativamente mayor, que no pueden ingresar o salir de la célula por los medios anteriormente mencionados. Las vesículas son invaginaciones de la membrana plasmática que permiten la formación de una esfera que en su interior contiene la sustancia o molécula que ingresa o sale de la célula. Existen dos tipos de transporte mediado por vesículas: Endocitosis: Incorporación de partículas en solución o de partículas grandes mediante invaginaciones de la membrana plasmática. La endocitosis de grandes masas de líquidos se llama pinocitosis y de partículas grandes como virus, bacterias se denomina fagocitosis.

Exocitosis: Excreción mediante vesículas de partículas grandes, principalmente deshechos, desde el interior hacia el exterior celular. Las vesículas exocíticas al llegar cerca de la membrana plasmática se fusionan con ella y liberan al exterior su contenido.

3.2. Ejercicios

Si se desea demostrar el fenómeno de crenación, ¿qué tipo de célula y qué solución se necesitaría utilizar?

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¿Cuál es la función principal de los glicolípidos y las glicoproteínas en la membrana plasmática?

Con relación al gradiente, ¿cuándo se dice que el sistema alcanza el equilibrio?

Con respecto al agua, ¿cómo cruza la membrana celular? ¿cuándo su paso es a través de osmosis, pasa a través de las acuaporinas o a través de la membrana celular?

Con respecto a los fenómenos de transporte ¿A qué corresponde la liberación de dopamina al espacio intersináptico? ¿Cómo podría explicar la turgencia de las plantas luego de ser regadas? ¿Qué células del sistema inmune y cuáles del páncreas realizan endocitosis y exocitosis respectivamente?

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4. Citoplasma La membrana plasmática define un medio extracelular y un medio intracelular, este último recibe el nombre de citoplasma. El citoplasma está constituido de dos partes, el citosol y los organelos membranosos celulares. El citosol es una solución acuosa gelatinosa donde se encuentran embebidos componentes celulares no membranosos, como el citoesqueleto, los centriolos y los ribosomas, que se estudiarán más adelante. El citoesqueleto es un conjunto de filamentos proteicos responsable de mantener la estructura celular, los movimientos celulares y el desplazamiento de organelos, vesículas y partículas. Existen 3 tipos de filamentos citoesqueléticos, tal como se muestra en la figura. 4.1.1. Filamentos que componen el citoesqueleto Filamentos delgados o microfilamentos: Son polímeros de la proteína globular actina. Participan durante la contracción muscular, la citodiéresis (partición del citoplasma), fagocitosis y mantención de la forma celular. Son responsables de los movimientos ameboides de unicelulares y algunas células pluricelulares. Además, dan el soporte estructural a las microvellosidades intestinales. Filamentos intermedios: Están formados por variadas proteínas no globulares. Su función principal es de soporte celular y resistencia ante estrés mecánico. Además, forman parte de las uniones célula a célula, denominados desmosomas y hemidesmosomas. Filamentos gruesos: Filamentos cilíndricos y huecos formados por dímeros de la proteína globular tubulina, denominados microtubulos. Participan en los movimientos de cromosomas durante la mitosis, y el movimiento de cilios y flagelos en células eucariontes unicelulares. Son responsables del desplazamiento y organización de organelos al interior de la célula. 4.1.2. Ribosomas Los ribosomas son estructuras macromoléculares, antiguamente considerados organelos, cuya función es la de sintetizar proteínas. Están compuestos por ARN ribosomal y proteínas, y se organizan en dos subunidades (mayor y menor). Son sintetizados en el nucléolo. Existen ribosomas libres en el citoplasma y otros asociados al retículo endoplásmico. Los primeros sintetizan proteínas solubles, mientras que los segundos sintetizan proteínas de membrana o que van a ser secretadas.

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4.1.3. Organelos membranosos Corresponden a compartimientos citoplasmáticos delimitados por membranas lo que permite aislar las reacciones químicas y de esta forma no interferir entre los procesos celulares Estas estructuras comprenden casi la mitad del volumen celular.

Organelo

Descripción Retículo endoplasmático liso (REL): Tubos huecos delimitados por una membrana. Entre sus funciones más importante se encuentra la síntesis de lípidos y le detoxificación de sustancias tóxicas (alcohol, medicamentos, etc). Además, acumula calcio y posee un rol clave en la contracción muscular liberando el calcio que contiene. Retículo endoplasmático rugoso (RER): Sacos membranosos delimitados por una membrana, su aspecto rugoso se debe a la presencia de ribosomas. Los ribosomas tienen la función específica de sintetizar proteínas, en ellos se sintetizan proteínas de membrana y proteínas que van a ser secretadas, por lo que una célula secretora proteínas tendrá más desarrollado este organelo. Aparato de Golgi: Sacos membranosos aplanados y paralelos entre sí. Su función es recibir las proteínas sintetizadas en el RER, modificarlas y luego empaquetarlas en vesículas de secreción para ser exocitadas. Además dirige a las proteínas a su lugar de destinación; a otros organelos celulares o a la membrana plasmática añadiéndole señales moléculares que indican su destino. Participa en la fabricación de lisosomas. Realiza modificaciones post-transduccionales a las proteínas.

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Lisosomas: Vesículas membranosas que en su interior contiene altas concentraciones de enzimas hidrolíticas. Para el funcionamiento de las enzimas, el interior del lisosoma tiene un pH ácido. Su función es la digestión celular en donde se une a vesículas endocitadas para digerir lo que hay en su interior. Participa en procesos de digestión, autofagia, (digestión de organelos envejecidos) y procesos de autolisis en donde vierte su contenido enzimático en el citoplasma células provocando la destrucción de la célula. Poseen membrana simple.

2H2O2

2H2O + O2

Peroxisomas: Vesículas membranosas que en su interior contiene la enzima catalasa. Ésta enzima cataliza la reacción que transforma al peróxido de hidrógeno en agua y oxígeno, evitando que el peróxido dañe a la célula. Poseen membrana simple. Mitocondrias: Organelo formado por dos membranas una interna con pliegues denominados crestas mitocondriales y otra externa. La principal función de las mitocondrias es la respiración celular. Este proceso comienza en el citosol, pero es en el interior de la mitocondria en donde se utiliza el oxígeno como agente oxidante para llevar a cabo las reacciones que formarán ATP, y de esta forma obtener energía para la célula.

4.1.3.1.

Organelos propios de la célula vegetal

Las células vegetales se diferencian de las células animales no sólo en su fisionomía, sino además en los organelos que contienen y que le otorgan a la célula vegetal características propias. Por ejemplo, la pared celular otorga la resistencia a los cambios de presión de turgencia (presión del agua al interior de la célula). Los plastidios, como las cloroplastos, poseen pigmentos fotosintéticos (clorofila) que le permiten captar la energía lumínica del sol y transformarla en energía química, acumulándola en moléculas como los hidratos de carbono, este proceso de denomina fotosíntesis. La vacuola presente en la célula vegetal es un gran compartimiento estable delimitado por una membrana, que en su interior posee agua y sustancias disueltas como electrolitos y carbohidratos. Su función es la de regular la presión osmótica de la célula, además participa en el crecimiento celular ya que al aumentar de volumen permite que la pared celular pueda elongarse. Además, es capaz de almacenar otras sustancias como alcaloides, pigmentos y terpenos, estos últimos le otorgan color y olor a las estructuras vegetales respectivamente.

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Las principales características de los organelos propios de la célula vegetal: Pared celular: Constituida por celulosa (polisacárido). No ejerce una función relacionada con el paso de sustancias al interior celular. Impide el rompimiento de la célula. Es considerado una estructura subcelular como los ribosomas ya que no es un compartimiento celular delimitado por una o más membranas. Plastidios: o

Cloroplastos: Delimitados por dos membranas, su membrana interna forma discos llamados tilacoides donde se encuentra la clorofila. Encargados de realizar la fotosínteis.

o

Cromoplastos: Poseen pigmentos de color amarillo, rojo y naranja que le dan color a frutos y flores.

o

Leucoplastos: No poseen pigmentos, su función es de almacenamiento. Dentro de este grupo se encuentran los amiloplastos, que contienen almidón en su interior.

o

Etioplastos: Son cloroplastos que no han sido expuestos a luz, y que reactivan su actividad fotosintética cuando son expuestos.

Vacuola: gran compartimiento celular delimitado por una membrana. Participa en el crecimiento celular, regulación de la presión osmótica y almacenamiento de sustancias.

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4.2. Ejercicios

¿De qué organelo obtienen las plantas la mayor cantidad de ATP?

¿En qué organelo celular se produce la mayor cantidad de síntesis ATP?

¿Cuál es la principal característica del retículo endoplasmático rugoso?

¿Cuál es el principal componente de la pared celular?

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4.3. Cuadro sinóptico: Estructuras celulares

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4.4. Cuadro sinóptico: Membrana plasmática y tipos de transporte

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5. Metabolismo celular Todos los seres vivos son complejas máquinas biológicas con diversos componentes que en acción conjunta entregan las propiedades fundamentales de lo que conocemos como vida. En esta sección estudiaremos algunos conceptos que explican el funcionamiento de los organismos vivos. 5.1.1. Metabolismo celular El metabolismo celular se rige por las leyes de la termodinámica: Primera Ley: Establece que la energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma. Segunda Ley: Establece que en todo proceso que implica energía, parte de esta se libera en forma de calor (ningún proceso es totalmente eficiente). Esto podemos observarlo en acciones cotidianas como el calor generado por el motor de un automóvil o por una ampolleta. En términos más simples, todo sistema tiende por naturaleza al desorden. En base a la última podemos obtener una conclusión muy importante. Sabemos de acuerdo a lo que hemos estudiado que los seres vivos constituyen sistemas muy ordenados, sin embargo, tienden al desorden. Es por esto que requieren de un flujo energético constante. 5.1.2. Reacciones químicas y moléculas elementales del metabolismo Dentro de un ser vivo, especialmente en el citoplasma y el interior de las membranas celulares, ocurren una gran variedad de reacciones químicas. Principalmente, estos procesos son reacciones de oxidación o reducción. Comencemos por definir estos conceptos en el aspecto bioquímico: Oxidación: Toda molécula que cede electrones se dice que se oxida, y por tanto requiere de uno que reciba dichos electrones. Reducción: Toda molécula que capta electrones se dice que se reduce, y por tanto, requiere de uno que le done electrones. Por lo tanto, toda molécula que se oxida actúa como agente reductor, y toda molécula que se reduce actúa como agente oxidante. Esto nos ayuda a entender las reacciones que ocurren en los organismos vivos. Algunas de las más importantes son:

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Hidrólisis/Condensación: Muchas de las biomoléculas como proteínas, glúcidos y ácidos nucleicos tienen enlaces que se forman por condensación (liberan una molécula, en este caso agua) y se rompen por hidrólisis (acción del agua). Así, por ejemplo, las enzimas hidrolíticas actúan promoviendo la reacción entre el agua y un enlace específico. En la siguiente figura, cuando se produce la síntesis de proteínas, el grupo carboxilo del primer aminoácido (glicina) reacciona con el grupo amino del segundo aminoácido (alanina), liberan una molécula de agua y se unen por un enlace peptídico Combustión: Procesos metabólicos como la respiración celular consisten en una reacción de combustión, donde en presencia de un comburente (oxígeno), el combustible biológico, la glucosa, reacciona formando dióxido de carbono y agua. C6H12O6 + 6 O2 ↔ 6 CO2 + 6 H2O Existen muchas más reacciones relacionadas al metabolismo y función celular, que se estudiaran en específico para cada tema. 5.1.3. ATP–Molécula de energía de la célula El ATP es la principal molécula energética de la célula. En esta pequeña molécula la célula es capaz de almacenar la energía obtenida de nutrientes como la glucosa y los ácidos grasos. Para utilizar esta energía, las estructuras celulares rompen el enlace fosfato-fosfato (hidrólisis de ATP), liberando ADP y fosfato inorgánico (Pi). Durante nuestro estudio del metabolismo nos encontraremos regularmente con esta molécula. Su composición química es la de un nucleótido simple: azúcar ribosa, base nitrogenada adenina, tres grupos fosfato.

Los enlaces fosfato-fosfato son de alta energía, por lo que al romper uno de ellos se libera gran cantidad de energía. Esta reacción se conoce como hidrólisis de ATP, donde se libera un grupo fosfato como fosfato inorgánico libre (Pi) y nos queda una molécula de ADP (adenosin difosfato).

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5.1.4. Metabolismo El metabolismo es el conjunto de reacciones químicas que ocurren en un organismo, implican la formación de nuevas moléculas utilizando energía (anabolismo), y la ruptura de enlaces químicos para liberar energía (catabolismo). Los organismos autótrofos utilizan la energía del sol para fabricar compuestos orgánicos a partir de dióxido de carbono y agua, así como los animales utilizan ATP en el proceso de síntesis de proteínas. Estas son reacciones anabólicas. Por otro lado, todo organismo requiere de respiración celular. Durante ella, como veremos en detalle la próxima clase, la molécula de glucosa se separa en dos para liberar energía. Esta es una reacción catabólica. Los esteroides anabólicos, sustancias de las que abusan algunos fisicoculturistas y otros deportistas, estimulan el crecimiento de los músculos, aumentando la síntesis de proteínas, principal componente de las fibras musculares. He ahí por qué se denominan anabólicos. 5.1.5. Enzimas Las enzimas son catalizadores biológicos. Para una mejor comprensión, un catalizador como las enzimas aceleran las reacciones químicas, disminuyendo la cantidad de energía que se debe utilizar para que esta ocurra. Toda reacción requiere de una energía mínima para que ocurra llamada energía de activación. Cuando una reacción es catalizada, la energía de activación baja, como lo muestra la siguiente figura:

Aquí se ilustra la acción de una enzima en una reacción química. En el eje vertical encontramos la cantidad de energía disponible para la reacción, y en el eje horizontal el progreso de la reacción de reactante a productos. En presencia de un catalizador como una enzima, la energía de activación disminuye, por lo que la altura del gráfico es menor.

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El efecto de un aumento de la velocidad es la generación de mayor cantidad de producto por unidad de tiempo. En una reacción catalizada por enzima típica encontramos el sustrato (moléculas que se unirán a la enzima, en un lugar específico llamado sitio activo), la enzima propiamente tal, el complejo enzima-sustrato y el producto. Las características de las enzimas son: Específicas para cada sustrato Por ejemplo: La pepsina del estómago degrada proteínas, la lipasa pancreática degrada grasas. Cada enzima posee un lugar en su estructura denominado sitio activo, lugar donde se une el sustrato específico. Específicas para pH y temperatura Enzimas del estómago trabajan a pH muy cercanos a 2 (medios fuertemente ácidos), en cambio enzimas del duodeno (intestino delgado) trabajan a pH mayor a 7 (más básicos). Del mismo modo, las enzimas del organismo, en general, actúan a 36,5°C como temperatura óptima, en cambio en otros organismos como las bacterias, encontramos distintas temperaturas de equilibrio para sus enzimas. Se conservan tras la reacción Todo catalizador en general tiene la cualidad de que si bien participa de la reacción en sí, se recupera al término de esta, permaneciendo inalterado. Así, una sola enzima puede participar de varias reacciones. 5.1.6. Factores que afectan a la actividad enzimática Concentración de Enzima: A mayor concentración de la enzima, mayor velocidad de reacción. Concentración de sustrato: A mayor concentración de sustrato, mayor es la velocidad de reacción, hasta un punto en que la capacidad de la enzima se satura. Por ejemplo: Quiero cargar cajas en un camión. Si llevo de a una caja seguramente tardaré bastante tiempo, por lo que si llevo de a dos o tres terminaré más rápido, pero puede que con más de cinco ya el peso sea mucho y no pueda cargar a mayor velocidad. pH y temperatura: Recordemos que las enzimas poseen parámetros específicos de acción. En el caso de la temperatura, altas temperaturas pueden desnaturalizar su estructura (cambio estructural irreversible).

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Presencia de coenzimas o cofactores, moléculas que ayudan a que la enzima realice su tarea en la reacción. Presencia de inhibidores, que son moléculas que se pueden unir a ella bloqueando de manera competitiva (que “pelean” la unión de la enzima con el sustrato) y no competitiva (que suprimen la reacción independiente de cuanto sustrato haya, también llamados inhibidores alostéricos).

En esta figura, el inhibidor 1 inhibe de manera alostérica o no competitiva a la enzima, en cambio el inhibidor 2 inhibe de manera competitiva (se une directamente al sitio activo).

Los problemas digestivos como la intolerancia a la lactosa se deben a ausencia de enzimas. En particular, la ausencia de enzima lactasa provoca problemas para digerir la lactosa, disacarárido presente en la leche formado por galactosa y glucosa. ¿Qué contendrán entonces los productos “sin lactosa”? 5.2. Ejercicios

Dé un ejemplo de reacción catabólica

Si se hidroliza la molécula de ATP, ¿De dónde proviene la energía liberada?

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¿Cómo actúa un inhibidor alostérico?

5.2.1. Glicólisis En el citoplasma de todas las células ocurre un proceso que busca obtener de la molécula de glucosa, la energía necesaria y las sustancias para impulsar una serie de reacciones energéticas, que en eucariontes implican a las mitocondrias. Sin embargo existen células que bajo condiciones específicas como ausencia de oxígeno o proliferación rápida (células tumorales y linfocitos) pueden utilizar solo la glicólisis como fuente de energía ya que les permite obtener energía de forma rápida. Glucosa: Monosácarido de seis carbonos (hexosa), organizado químicamente presenta un grupo aldehído en el carbono 1 (aldosa). La glucosa se obtiene a partir de diversos orígenes. En animales la digestión permite separar distintos azúcares y polisacáridos en glucosas, mientras que los vegetales sintetizan glucosa a partir del CO2 y del agua a través de la fotosíntesis. Una vez que la glucosa entra a la célula es inmediatamente fosforilada por una enzima llamada hexoquinasa, transformándose en glucosa 6fosfato. La glicólisis es una reacción que ocurre en el citosol de la célula, y consiste a grandes rasgos en la división de la glucosa 6-fosfato en dos piruvatos (moléculas de 3 carbonos). Su importancia radica en dos aspectos: Producción neta de 2 moléculas de ATP por glucosa reaccionada. Producción del sustrato inicial para los procesos que siguen en la respiración celular. En estricto rigor, esta reacción necesita de 2 ATP para ocurrir, y tiene como producto 4 ATP (neto de 2 ATP), además de producir dos moléculas de NADH (a partir de NAD+), un nucleótido donador de electrones que participa de las reacciones en la mitocondria. ¿Qué ocurre después de la glicólisis? En una célula se tiene dos posibles vías tras terminada la glicólisis: Fermentación (Láctica o Alcohólica): El piruvato pasa por un proceso específico donde puede producir ácido láctico/lactato o alcohol etílico.

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La fermentación láctica se produce cuando, tras la falta de sustratos para la respiración, el músculo fermenta la glucosa generando ácido láctico como producto final. La fermentación alcohólica es empleada por las levaduras (hongos unicelulares) y otros microorganismos, los que fermentan glucosa produciendo etanol, el principal ingrediente de bebidas alcohólicas. Así, productos como la cerveza, el vino y otros involucran al proceso de fermentación. Acetilación: Proceso donde el Piruvato reacciona con una Coenzima A (CoA) para ingresar a la matriz de la mitocondria y participar del Ciclo del ácido Cítrico (o ciclo de Krebs).

5.2.2. Respiración celular En células eucariontes la producción de ATP continúa con cuatro procesos individuales, y tiene una increíble eficiencia, puesto que de cada molécula de glucosa que entra en glicolisis se puedan producir entre 36-38 moléculas del nucleótido energético. Estos procesos son: 1. Acetilación: Inmediatamente después de la glicolisis, el piruvato en contacto con la mitocondria ingresa a esta. En el espacio intermembrana reacciona con la Coenzima A para formar Acetil-CoA (molécula de dos carbonos), liberando CO2.

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2.

Ciclo del ácido cítrico (Krebs) o ciclo de los ácidos tricarboxílicos: El Acetil-CoA pasa a la matriz mitocondrial y sufre diversas transformaciones que permiten tanto generar ATP como reducir donadores de electrones como NADH y FADH2.

3. Cadena transportadora de electrones: Los nucleótidos donadores de electrones los entregan a un grupo de proteínas del mitocondria, las que generan un gradiente de protones entre la matriz mitocondrial y el espacio intermembrana. Los electrones son finalmente donados al oxígeno obtenido del ambiente, que reacciona con los protones para formar agua. 4. Fosforilación oxidativa: La gradiente de protones provoca que una gran proteína, la ATPSintasa, una fosfatos inorgánicos con ADP para formar ATP, de manera rápida y eficiente.

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Una analogía útil: El gradiente de protones es como si llenásemos completamente un embalse de agua (como el del lago Rapel). Los protones se acumulan en el espacio intermembrana y luego pasan por la ATP-sintasa, que es como el generador, y así los protones vuelven a la matriz mitocondrial. La energía final es el ATP, tal como una central hidroeléctrica genera luz eléctrica. Importante: Balance final: C6H12O6 + 6 O2

6 CO2 + 6 H20

Un balance neto y simplificado (eliminando moléculas intermedias), nos lleva a esto, una reacción de combustión tradicional, pero increíblemente eficiente (36-38 ATP) siendo la glucosa el combustible.

5.2.2.1.

Fotosíntesis

Es un proceso propio de las células vegetales, parte del eslabón de productores de las cadenas tróficas (organismos autótrofos). A partir de agua y dióxido de carbono, estos seres vivos son capaces de sintetizar glucosa para sus requerimientos energéticos y estructurales. Posee la siguiente ecuación resumen:

6 CO2 + 6 H2O

C6H12O6 +6 O2

Este ciclo de reacciones metabólicas se lleva a cabo en el cloroplasto, y se realiza en dos fases: dependiente e independiente de la luz. Antiguamente a estas fases de la fotosíntesis se les denominaba fase lumínica y fase oscura. Esto cambió, puesto que daba a entender que una fase ocurría en el día y otra en la noche, siendo que las dos son simultaneas en el día, siendo la dependiente de la luz la que durante la noche se ve atenuada.

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5.2.2.2.

Reacciones dependiente de la luz

Se efectúa dentro de los tilacoides del cloroplasto. A grandes rasgos implica la participación de la luz solar, una cadena transportadora de electrones e involucra uno de los procesos fundamentales para el ecosistema: la fotólisis del agua. La clorofila (pigmento de color verde) es la molécula a cargo de captar la luz solar para generar la circulación de electrones. Al igual que en la mitocondria, se genera un gradiente de protones que permite sintetizar ATP, y se reducen moléculas donadoras de electrones como NADPH. Estructura del cloroplasto: Las reacciones dependientes de la luz ocurren al interior de estas especies de “monedas” llamadas tilacoides, apiladas una sobre otra en grupos denominados “granas”. El cloroplasto también posee una matriz denominada estroma, y una doble membrana.

Reacciones dependientes de la luz: El esquema siguiente ilustra como la luz solar estimula a la clorofila (en verde), la que hace circular los electrones por esta cadena de transporte. Los electrones provienen del agua, que por efecto de la luz se divide en 2 protones y oxígeno molécular.

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5.2.2.3.

Respiración celular

Se lleva a cabo en el estroma del cloroplasto. Consiste a grandes rasgos en la captación del CO2 ambiental (a través de los estomas en las hojas) para producir glucosa en un ciclo de reacciones conocido como ciclo C3 (Calvin). Las plantas de ambientes complejos, como el desierto, deben adaptarse para poder realizar sus procesos metabólicos. Es así como estas especies requieren de un mayor número de estomas para captar más dióxido de carbono, y una cutícula más gruesa (Capa exterior de la hoja) para evitar pérdida de agua por el calor. 5.2.2.4.

Factores que afectan la tasa de fotosíntesis

Intensidad Luminosa. La tasa fotosintética aumenta al aumentar la intensidad lumínica (hasta 600 Watts) sobre este valor, inicialmente se mantiene constante, y luego desciende. (Gráfico 1). Temperatura. El proceso es eficiente entre los 10 oC y 35 oC (Gráfico 2). Concentración de CO2. Es el sustrato inorgánico más importante de la fotosíntesis, ya que es la fuente de carbono para la síntesis de moléculas orgánicas (Gráfico 3). Agua. Esta materia prima es importante ya que no solo aporta electrones y protones sino también, porque participa en todas las reacciones químicas de este proceso. Sales minerales. Son necesarias para la síntesis de moléculas orgánicas como la clorofila y para algunos cofactores enzimáticos.

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5.3. Ejercicios

El gameto masculino (espermatozoide) en su fase madura posee una vaina llena de mitocondrias, esto es fundamental para la reproducción porque: (recuerda que deben viajar por el tracto reproductivo femenino para encontrar al ovocito).

De acuerdo a tus conocimientos, ¿qué fase de la fotosíntesis se ve afectada en ausencia de agua y por qué? (explica brevemente, explicando que faltará en el proceso de reacciones).

Establezca las semejanzas y diferencias entre las estructuras de la mitocondria y el cloroplasto y los procesos que se llevan a cabo en ellas.

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¿Qué células de nuestro cuerpo poseen un gran número de mitocondrias? ¿Cómo se relaciona esto con su función?

Los procesos de cicatrización de heridas son altamente dependientes del oxígeno, en este contexto ¿sería útil desarrollar injertos de piel que realicen fotosíntesis? Averigua quién es Tomas Egaña y qué es lo que hace.

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6. Núcleo celular El núcleo celular constituye una de las ventajas evolutivas más importantes de la célula eucarionte. De hecho, su nombre lo indica pues EU significa “verdadero” y CARIO significa “núcleo”. Este brinda protección al material genético y es el lugar donde se sintetizan subunidades de ribosomas y ARN en todos sus tipos, siendo el lugar de inicio de todas las funciones metabólicas. Ya hemos visto que la gran ventaja evolutiva de las células eucariontes es la presencia de un complejo sistema de endomembranas, distribuyendo sus funciones a diversos organelos rodeados de una o dos bicapas lipídicas. Dentro de los organelos con doble membrana se encuentra el núcleo. Es una estructura de gran tamaño, y durante la interfase del ciclo celular se dispone rodeando al material genético y a diversas estructuras funcionales. 6.1.1. Estructura Membrana nuclear (Carioteca): Es una doble bicapa lipídica, en la cual se disponen una serie de poros que permiten el paso de sustancias desde y hacia el citoplasma. En su exterior se encuentra adosados algunos ribosomas y la cara externa se continúa con el Retículo Endoplásmico Rugoso (RER). Poro nuclear: Es una estructura compleja que separa funcionalmente al citoplasma de la matriz nuclear. La direccionalidad del transporte es fijada por proteínas específicas, así se genera un transporte selectivo tanto por difusión como de forma activa. Matriz Nuclear (Cariolinfa): Es la parte líquida del interior del núcleo, contiene en solución minerales, proteínas y ácidos nucleicos. En el interior del núcleo (nucleoplasma) es posible encontrar una serie de proteínas fibrilares que conforman la lámina nuclear. Nucleolo: Complejo compactado de ADN que contiene los genes para la transcripción de ARNr (ribosomal). Se ubica en un sitio específico del núcleo interfásico, y es aquí donde se fabrican las subunidades ribosomales.

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6.1.2. Disposición del material genético en el núcleo Dentro del núcleo, el ADN no se encuentra libre, sino que se encuentra conformando diversas estructuras dependiendo la fase del ciclo celular en que se encuentre la célula. Existen una gran cantidad de regiones del ADN que no codifican para proteínas (no se expresan), en el genoma humano se estima que sólo se utiliza en transcripción (síntesis de ARNm para producir proteínas) sólo un 1,5% del material total. El ADN se dispone en primera instancia, compactado en fibras de cromatina, las cuales son formadas por pequeñas unidades denominadas nucleosomas. Estas estructuras están formadas por la cadena lineal de ADN unida a un octámero de proteínas llamadas histonas, las encargadas de proceso de condensación, donde el ADN llega en una etapa final a ser 10.000 veces más corto. Los nucleosomas se comienzan a compactar para formar fibras cada vez más gruesas de cromatina. En primera instancia se disponen como “collares de perlas” para luego terminar compactada, en metafase, como cromosomas.

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7. Cuadro sinóptico: Célula y estructuras subcelulares Procarionte

Eucarionte animal

Eucarionte vegetal

ADN

Circular

Forma cromatina asociado a proteínas

Forma cromatina asociado a proteínas

Carioteca

Ribosoma 70S

80S

80S

RER

REL

Ap. de Golgi Dictiosoma Vacuola

Mitocondria

Cloroplasto

Centriolo

Memb. Plasm Pared Este material fue descargado para uso exclusivo de Camila Andrade,

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8. Ejercicios

Porque solo un 1,5% del ADN de origen a ARNm, ¿para que sirve el resto?

¿Presenta el núcleo cromosomas en su interior durante todo el ciclo celular? Justifique

¿Por qué la presencia de una membrana nuclear representa una ventaja evolutiva?

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9. Ejercicios PSU 1. El catión sodio (Na+) tiene como función: A) B) C) D) E)

Formar parte de los huesos. Participar en la contracción muscular. Participar en la síntesis de hormonas. Participar en la conducción del impulso nervioso. Formar parte de los fotosistemas.

2. ¿Cuál de los siguientes bioelementos participa en el intercambio gaseoso? A) B) C) D) E)

Fe Ca Mg Cl K

3. ¿Cuál de estas aseveraciones es FALSA con respecto al agua? A) B) C) D) E)

La densidad de hielo es menor a la densidad del agua líquida. Está formada por 2 átomos de oxígeno y 1 átomo de hidrógeno Posee un alto calor específico. Posee una alta tensión superficial. Es indispensable para los seres vivos.

4. ¿Qué significa que el agua tenga un alto calor específico? I.

Que posee interacciones moléculares que le permiten estabilizar la capa superficial del agua. II. Que puede absorber grandes cantidades de calor sin variar mayormente su temperatura III. Puede amortiguar bruscas variaciones de temperatura. A) B) C) D) E)

I II III I, II II, III

5. ¿Cuál de estos cationes participa durante la transmisión el impulso nervioso en el axón? A) B) C) D) E)

Potasio Hierro Calcio Cloro Manganeso

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6. ¿Cuál de estos alimentos recomendarías a un atleta antes de una maratón? A) B) C) D)

Barrita proteica. Pasta, rica en carbohidratos. Carne, para acumular proteínas. Leche entera, para tener reservas de lípidos y proteínas. Trozo de carne de cerdo, rica en lípidos. E) Todas las anteriores 7. ¿Cuál de estas biomoléculas NO forma parte de la membrana plasmática? A) B) C) D) E)

Lípidos Hidratos de carbono. Ácidos nucleicos. Proteínas ByC

8. Respecto al metabolismo celular es correcto afirmar que: I. Se rige por las leyes de la termodinámica. II. Utiliza como molécula energética principal la glucosa. III. Implica una gran variedad de reacciones químicas. A) B) C) D) E)

Sólo I. Sólo II. I, II y III. I y III. Sólo III.

9. Un ejemplo de reacción catabólica es: A) B) C) D) E)

La ruptura de una molécula de glucosa en dos piruvatos. La síntesis de insulina en células del páncreas. La formación de ATP tras la fosforilación oxidativa en la mitocondria. La unión los nucleótidos para formar una cadena de ARN. b y c son correctas.

10. Tenemos dos inhibidores para una enzima A, que puede reaccionar con un sustrato S. En presencia del inhibidor 1, a altas concentración de sustrato, la actividad de la enzima aumenta, en cambio en presencia del inhibidor 2 la actividad de la enzima no aumenta con la concentración de sustrato; esto a condiciones equivalentes de presión, temperatura y concentración de enzima. Podemos concluir sobre esta situación que: A) Ambos inhibidores poseen composición molecular distinta y 1 posee mejor capacidad inhibidora que 2. B) 1 es un inhibidor competitivo, en cambio 2 es un inhibidor no competitivo. C) El inhibidor 1 no posee efecto alguno sobre la enzima, en cambio 2 es un inhibidor no competitivo. D) 1 es un inhibidor no competitivo, en cambio 2 es un inhibidor competitivo. E) No podemos concluir nada al respecto.

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11. En una cadena trófica, la energía captada por los organismos autótrofos (grupo productor) no es equivalente a la energía del grupo de consumidores primarios, secundarios y terciarios. ¿A qué se debe este hecho?. I. A que parte de la energía en los procesos biológicos se pierde en forma de calor. II. A que los procesos no pueden ser en 100% eficientes y utilizar toda la energía. III. A que en los sistemas biológicos rige la segunda Ley de la Termodinámica. A) B) C) D) E)

Sólo I. I, II y III. Sólo II y III. I y II. Ninguna de las anteriores.

12. El ATP es la principal molécula de energía en las células. De las siguientes afirmaciones, es (son) incorrecta(s): I.

Es un nucleótido formado por una base nitrogenada, tres grupos fosfato y una azúcar desoxirribosa. II. Si se hidroliza, la energía liberada proviene del enlace Adenina-Ribosa que es da alta energía. III. Al liberar la energía, se hidroliza obteniendo una molécula de ADP y un fosfato inorgánico libre (Pi). A) B) C) D) E)

I, II y III. Sólo I. I y III. I y II Sólo III

13. La glicólisis es una reacción fundamental en el metabolismo celular. En ella se obtienen una diversidad de productos, excepto: I. II. III. IV. A) B) C) D) E)

ATP. Piruvato. CO2 O2

I y III. Sólo II. I, III y IV. III y IV. I, II, III y IV.

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14. El gradiente de protones generado en la mitocondria permite, principalmente: A) B) C) D) E)

Sintetizar dióxido de carbono como desecho de la respiración. Activar la maquinaria de la ATP-sintasa para producir ATP. Agregar electrones al ADP para que se una al fosfato inorgánico. Modificar el potencial de la membrana interna. Activar la cadena transportadora de electrones.

15. De las reacciones dependientes de la luz es correcto afirmar que: I. Dependen directamente de la cantidad de luz que reciba la planta. II. Ocurre la fotólisis del agua, liberando oxígeno a la atmósfera. III. Genera moléculas energéticas como el ATP. A) B) C) D) E)

Sólo I. Sólo II I y II I y III I, II y III.

16. Los siguientes procesos metabólicos ocurren en las células vegetales, excepto: I. Glicólisis. II. Fosforilación Oxidativa. III. Fotosíntesis. A) B) C) D) E)

Sólo III. II y III. I y III. I, II y III. Ninguna de las anteriores.

17. De las siguientes relaciones estructura – proceso es (son) correctas: A) B) C) D) E)

Tilacoide – Fotólisis del agua. Citosol – Ciclo de Krebs. Estroma – Ciclo de Calvin. A y C son correctas A y B son correctas.

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18. De todas las estructuras, se encuentras presentes y/o se forman en el núcleo eucarionte: I. II. III. IV. A) B) C) D) E)

Ribosomas del Retículo Rugoso. Ribosomas Mitocondriales. Lisosomas. Cromatina.

Sólo I. I y II. I y III. I y IV. I, II, III y IV.

19. Respecto al núcleo celular, ¿cuál de las siguientes afirmaciones es incorrecta? A) B) C) D) E)

Posee una doble membrana con poros para el transporte de sustancias. Presenta ADN condensado. Posee un sistema de transporte selectivo de sustancias. Presenta cromosomas en su interior durante todo el ciclo celular. Dentro de su matriz presenta un esqueleto proteico denominado lámina nuclear.

20. De acuerdo a la disposición del ADN en la célula eucarionte, es correcto señalar que: I. II. III. IV. A) B) C) D) E)

Se dispone de forma lineal. Sólo un bajo porcentaje de éste codifica para proteínas. Se encuentra enrollado en un octámero de proteínas llamadas histonas. Forma estructura circular cerrada.

Sólo II. I y II. I, II y III. II y IV. I y III.

21. Un científico desea aislar el ADN de una célula muscular para estudiar sus genes codificantes. Para acceder directamente debe agregar un químico que remueva los moléculas que rodean al ácido nucleico. Este químico debería ser: A) B) C) D) E)

Una enzima que rompa fosfolípidos para liberar al ADN de la membrana nuclear. Un químico que remueva las enzimas que rodean al ADN. Una proteasa que elimine las histonas presentes en la cromatina. Un químico que desenrolle el ADN pues se encuentra enrollado en si mismo. Ninguna de las anteriores.

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22. Un pediatra desea investigar la condición de un recién nacido que presenta síntomas clarificadores de Síndrome de Down. Para ello debe realizar un examen de cariotipo, por lo que las células investigadas deberán: A) B) C) D) E)

Encontrarse en interfase, para realizar un conteo preciso de la cantidad de ADN. Someterse a un proceso de decodificación del ADN para obtener los genes defectuosos. Eliminar las histonas que rodean al material genético. Aislar los cromosomas en cualquier fase del ciclo celular. Encontrarse en metafase de mitosis y aislar sus cromosomas.

23. La presencia de membrana nuclear representa una ventaja evolutiva puesto que: I. El ATP es producido por enzimas nucleares. II. Protege al material genético disminuyendo el riesgo de mutaciones. III. Protege a los ribosomas haciendo más eficiente la síntesis de proteínas. A) B) C) D) E)

Sólo I. II y III. Sólo II. Sólo III. I, II y III.

24. ¿A qué nivel de organización de la materia aparece la vida? A) B) C) D) E)

Organelo. Célula. Tejido. Órgano. Organismo.

25. ¿Cuál de estos niveles de la materia incluye a los otros cuatro? A) B) C) D) E)

Átomo. Célula. Organelo. Macromolécula. Molécula.

26. ¿Cuál de estas células puede considerarse que tiene un núcleo definido? I. II. III. IV. A) B) C) D) E)

Célula procarionte. Célula bacteriana. Célula eucarionte. Célula fúngica.

I. III. I, II. III, IV. II, III, IV.

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27. Se dice que la célula es la unidad estructural de la vida. Esto se refiere a: A) B) C) D) E)

La célula contiene todo el material genético que determinan la estructura de la vida. Una célula proviene de una ya preexistente que determina su estructura. Todos los seres vivos están hechos de células. En la célula ocurren todos los procesos biológicos que forman la estructura celular. Todas las aseveraciones anteriores son correctas.

28. Dentro del reino Monera encontramos: I. II. III. IV. A) B) C) D) E)

Virus. Bacterias. Hongos Células procariontes.

I, II. I, II, II. II, III. II, IV. I, II, IV.

29. Las células autotróficas se caracterizan por: A) B) C) D) E)

Realizar fotosíntesis. Poseer un núcleo definido. Poseer mesosomas. Poseer cloroplastos. Todas las anteriores.

30. ¿Cuál de estos postulados de la teoría celular NO es correcto? A) Todos los seres vivos están formados de células. B) Todas las funciones fisiológicas de los seres vivos son explicadas por el funcionamiento de cada una de células por separado. C) Toda célula se origina de otra preexistente. D) La célula contiene la mitad del material genético que puede ser transmitido a la descendencia. E) b y c. 31. ¿Cuál de las alternativas tiene el orden correcto ascendente de los niveles de organización biológica? A) B) C) D) E)

Tejido → Célula → Órgano → Sistema. Célula → Tejido → Sistema → Órgano. Organismo → Órgano →Tejido → Célula. Átomo → Macromolécula → Organelo → Tejido. Molécula → Átomo → Organelo → Célula.

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Capítulo 2: Ciclo Celular y Organismo Las células poseen un ciclo vital en el que se reproducen generando nuevos seres vivos, lo que resulta fundamental en la naturaleza. La división celular es la base de la proliferación de colonias bacterias, el crecimiento de tejidos de organismos y la reproducción sexual, entre otros procesos fundamentales para la vida. 1. Reproducción celular Las células pueden reproducirse generando nuevas células. Las etapas de este proceso son: (1) crecimiento celular, (2) duplicación del material genético, (3) separación del material genético, en dos copias y finalmente (4) división del citoplasma. Estos procesos son parte de los ciclos de células procariontes o eucariontes. Los tipos de reproducción asociados son dos: asexual y sexual. 1.1. Reproducción asexual Procariontes Las células procariontes se dividen por fisión binaria, donde el ADN, que está unido en un punto a la membrana plasmática, se divide en dos copias idénticas, para que luego la pared celular (formada por peptidoglicano) genere un tabique transversal que divida el citoplasma. Este tipo de división permitirá generar colonias de procariontes clones.

Replicación del ADN

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Eucariontes Los organismos unicelulares eucariontes se reproducen de forma asexual generando clones unas de otras, en este proceso el núcleo se divide en dos en un proceso denominado mitosis.

1.2. Reproducción sexual Los organismos eucariontes se reproducen de manera sexual. Esto es la combinación del material genético de dos individuos diferentes para generar uno con características distintas a las de los progenitores. Para esto, es necesaria la producción de gametos, células diferenciadas que poseen la mitad de la información genética, generados mediante un proceso llamado meiosis. Algunos microorganismos realizan un tipo especial de reproducción sexual llamado conjugación, en el cual hay intercambio de material genético entre ellos, por lo que las células resultantes son distintas a las que les dieron origen.

Conjugación:

Meiosis:

Meiosis I

Meiosis II

Periodo

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Comparación entre fisión binaria, mitosis y meiosis 2. Ciclo celular: interfase y división Toda célula posee un ciclo de vida denominado ciclo celular. El hecho de que una célula inicie o no un proceso de división está regulado por un gran número de genes componentes del ADN. Cada célula eucarionte debe pasar por cada una de las etapas de este ciclo para poder dividirse. Las dos grandes etapas del ciclo son la interfase y la mitosis

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2.1.1. Interfase Es fundamental para el ciclo celular pues en ella ocurre el desarrollo y crecimiento de la célula, así como el desarrollo de una completa actividad metabólica. Esta consta de tres subdivisiones, dentro de las cuales debemos reconocer qué ocurre y el estado del ADN y núcleo celular: 2.1.1.1.

Fase G1

Primera fase del ciclo, a la cual ingresa la célula después de su última división. En esta fase se desarrolla la mayor parte de la actividad metabólica, transcribiendo genes de acuerdo a sus requerimientos y multiplicando sus organelos, lo que implica un crecimiento celular. En esta etapa el núcleo se encuentra constituido y el material genético en forma de cromatina, por lo que no se aprecian cromosomas. Durante G1 hay un punto de control, ya que, si el ambiente es favorable y la célula no posee una diferenciación tal que impida su división esta prosigue con el ciclo. Las células extremadamente diferenciadas como las neuronas se encuentra en un estado denominado Fase G0, por lo que no entran en división aunque el ambiente sea favorable. 2.1.1.2.

Fase S

En esta etapa ocurre la replicación del ADN, la cual es fundamental para que la división se realice efectivamente. Es importante definir los siguientes conceptos: Cantidad de ADN (c): Corresponde a la cantidad de moléculas de ADN que posee una célula. La célula eucarionte en G1 posee dos copias del genoma (2c), una proveniente de cada progenitor. El número de moléculas que corresponden a un c es especiedependiente. Para el ser humano un c es igual a 23 moléculas. Por lo tanto, para el final de la fase S la célula contará con 4c. Juego cromosómico (n): Es un grupo de cromosomas diferentes. El número de éstos va a depender de la especie, por ejemplo, en el humano, un juego cromosómico está compuesto por 23 cromosomas. Cada célula en Metafase Mitótica (o Metafase I de Meiosis) poseerá en el ecuador 2 juegos cromosómicos (2n), lo que la define como una célula diploide. La cantidad de ADN estaré definido por el número de cromátidas que contiene cada uno.

Estructura de un cromosoma. Cuando el ADN se replica esto implica que el cromosoma estará formado por dos cromátidas (metafásico) en vez de una cromátida (anafásico).

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2.1.1.3.

Fase G2

En esta fase, que precede a la división, se encuentra el último punto de control de la interfase, permitiendo que la célula continúe su ciclo. En la célula animal los centriolos se disponen y duplican para iniciar la división. Si el ADN está replicado correctamente se inicia la siguiente fase. Previo a esta fase también puede generarse un estado de latencia/diferenciación denominado R 2. La diferencia con G0 es que éste es irreversible, por lo que la célula no se volverá a dividir. 2.1.1.4.

Fase M

En esta fase ocurre la división propiamente tal (mitosis o meiosis), la cual termina con su(s) respetiva(s) citocinesis o división del citoplasma. Es importante recalcar que en esta fase no hay actividad metabólica puesto que la maquinaria celular está comprometida con la división. 2.1.1.5.

Cuadro sinóptico: Ciclo celular

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3. Mitosis Corresponde a la división del núcleo celular en dos núcleos iguales (clones). Se subdivide en cuatro etapas. 3.1. Profase (2n – 4c) Es la de mayor duración y en la cual ocurren una serie de sucesos que involucran al núcleo, al ADN y al sistema de microtúbulos de la célula. a.

El núcleo celular se fragmenta y desaparecen los nucléolos para exponer el ADN en el citoplasma.

b.

El ADN se condensa a más de 10.000 veces su longitud inicial para formar los cromosomas, que en esta etapa serán de dos cromátidas y en cantidad de 2n.

c.

Los microtúbulos de la célula se disponen organizados por el centrosoma para formar el huso mitótico (o acromático bipolar). En la célula animal este centrosoma está compuesto por dos centriolos, que se disponen en los focos de los ásteres, en cambio en la célula vegetal el huso es anastral por la ausencia de centriolos.

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3.2. Metafase (2n – 4c) Los cromosomas ya anclados por sus respectivos centrómeros a través del cinetocoro al huso mitótico, se alinean en el ecuador (placa metafásica) de la célula. Entre esta y la siguiente fase se produce el último control para completar la división, que consiste en una correcta disposición de los cromosomas en el huso acromático. Célula en Metafase. En esta etapa es donde mejor podemos apreciar la forma y disposición de los cromosomas

1 3.3. Anafase (4n – 4c) Ubicados los cromosomas correctamente en el huso acromático, los cinetocoros son separados por esta estructura microtubular, ubicándose cada cromátida a cada lado de la célula (2n – 2c; en cada lado). En esta fase el ADN y la cantidad de cromosomas se divide, generando 2n cromátidas con un cantidad de ADN por lado de 2C.

Anafase temprana

Anafase tardía

3.4. Telofase (2n – 2c por núcleo) Los cromosomas de cada polo son rodeados por una serie de fragmentos membranosos de retículo endoplásmico para constituir dos nuevos núcleos iguales, los cuales tendrán en su interior al ADN que comienza a descondensarse formando cromatina. Con esta etapa concluye la mitosis propiamente tal.

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Telofase

1

2

Posteriormente los centriolos y el huso mitótico habrán desaparecido completamente contando con una célula binucleada, proceso al que puede seguir una división del citoplasma.

4. Citodiéresis (Citoquinesis) La división del citoplasma está en muchos casos superpuesta al término de la división (anafase – telofase). La forma en que ocurre difiere según el tipo celular: Célula animal: A nivel del ecuador del huso mitótico, un anillo proteíco de actinamiosina se dispone para estrangular la célula, separando la respectiva membrana. Célula vegetal: Pequeñas vesículas provenientes de los dictiosomas, que contienen sustancias pécticas para formar pared célular se dirigen hacia el centro (lamina media) constituyendo una estructura denominada fragmoplasto, a partir de la cual se forma una placa de pared de celulosa que separará ambos núcleos en sus respectivos citoplasmas.

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4.1. Ejercicios

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5. Ciclo celular: Meiosis La aparición de la meiosis en términos evolutivos implica el inicio de la reproducción sexual. El envejecimiento y la muerte de organismos aparece con los pluricelulares, y la forma de perpetuar la especie es dada por los gametos, células haploides generadas por meiosis. La meiosis es una forma particular de división celular donde el resultado son 4 células haploides (con “n” cromosomas y “c” de ADN). Consta de dos divisiones nucleares sucesivas designadas convencionalmente como Meiosis I (Reduccional) y Meiosis II (Ecuacional). Las células de un organismo que experimentan meiosis corresponden a células de línea germinal, alojadas en el tejido de las gónadas.

5.1. Primera división meiótica (Meiosis I ó Reduccional) Se le denomina reduccional debido a que al final de ella nos encontramos con dos núcleos con la mitad de cromosomas (n) pero con dos copias del material genético cada uno (2c). Consta tal como la meiosis de cuatro etapas y es seguida por su respectiva citocinesis. 5.1.1. Profase I (2n – 4c) Es la etapa de mayor duración de la meiosis y se subdivide a su vez en cinco sub-etapas: a. Leptoteno: Comienzo de la condensación de cromosomas.

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b. Zigoteno: Los cromosomas homólogos se acercan para aparearse, lo que se conoce como sinapsis, formando tétradas (o bivalentes cromosómicos) unidos por una estructura proteica denominada complejo sinaptonémico. c. Paquiteno: Se produce el entrecruzamiento (crossing-over) entre las cromátidas de los cromosomas homólogos, donde intercambian material genético (primer factor de variabilidad genética de la meiosis). Esquema de sinapsis y crossing-over. Se presenta la derecha un esquema donde se observa el fenómeno de recombinación y los quiasmas

d. Diploteno: Continua la condensación de cromosomas hasta que se observan dos cromátidas por cada uno, el remanente de los lugares (nódulos) de recombinación (crossing-over) se denomina quiasma y corresponde al lugar por donde permanecen unidas las tétradas. e. Diacinesis: Se termina la profase respectiva con la desparición de la membrana nuclear, desaparición del nucleolo y formación del huso meiótico o cromático. 5.1.2. Metafase I (2n – 4c) En esta etapa, las tétradas se sitúan en el plano ecuatorial y los centrómeros se unen a los filamentos del huso. En esta fase la ubicación de las cromátidas hermanas es azarosa, lo que se conoce como permutación cromosómica (segundo factor de variabilidad genética). Así, para una célula de 2n = 8 habrán 24 = 16 posibles combinaciones de posición para la permutación (en general, para 2n las posibilidades son 2n).

Factores de variabilidad en una meiosis. A la izquierda se ilustra la cantidad de combinaciones posibles para una célula de 2n = 6.

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5.1.3. Anafase I (2n – 4c) Los quiasmas se separan uniformemente llevando a los cromosomas homólogos uno a cada polo celular. 5.1.4. Telofase I (n – 2c por núcleo) Desaparece el huso cromático, surgen dos membranas nucleas en cada polo celular para formar cada agrupación haploide de cromosomas. Finalmente ocurre citocinesis y puede ocurrir una intercinesis (o pequeña intersfase sin replicación de ADN) o puede que las células pasen rápidamente a metafase II. 5.2. Segunda división meiótica (Meiosis II ó Ecuacional) Corresponde a un proceso equivalente a una mitosis para cada una de las células haploides con doble copia del material genético. Así en profase II (n – 2c) se disponen los cromosomas y desaparece la estructura nuclear, en metafase II (n – 2c) los cromosomas se sitúan en el ecuador de la célula, en anafase II (n – c por cada lado) se separan las cromátidas hermanas y en telofase II se forman cuatro núcleos haploides (n- c). Finalmente con la citodieresis se obtienen cuatro células haploides con una única copia del material genético.

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5.3. Implicancias biológicas de la meiosis Si bien la meiosis presenta mecanismos similares a la mitosis, el ciclo continúa de forma diferente puesto que los gametos haploides generados no vuelven a dividirse, sino que deben pasar por un proceso de fecundación (unión con otro gameto del sexo opuesto) para continuar el ciclo celular. Variabilidad genética Ambos factores de variabilidad (entrecruzamiento y permutación) entregan una combinación única de alelos para cada gen (pool génico) a los gametos haploides. Combinación de genes Permite la combinación de distintos pool génicos generando individuos únicos. En muchas especies la combinación de gametos a su vez determina el sexo del nuevo organismo. Alteraciones cromosómicas Durante el desarrollo de la meiosis existen una serie de posibles errores que generan alteraciones específicas. Estas se pueden clasificar como:

1) Aneuploidías Son cambios en el número de cromosomas, que pueden dar lugar a enfermedades genéticas. Se puede observar frecuentemente en células cancerosas. Las causas que dan lugar a la aneuploidía son: Un retraso en la meiosis de un cromosoma, que conlleva una pérdida de dicho cromosoma en la anafase. En este caso podemos tener en la meiosis, machos con gametos XX o gametos sin cromosomas (OO). Una no disyunción meiótica, en la primera o segunda división meiótica. En este otro caso, podemos tener trisomías del cromosoma X (XXX) o monosomías del cromosoma X (OX). En el hombre los tipos de aneuploidias son: -

Nulisomía, en la que faltan un par de cromosomas homólogos.

-

Monosomía en la que falta un cromosoma, como en el Síndrome de Turner caracterizado por estatura baja en las mujeres, retardo mental, en la pubertad no menstrúan, esentan cuerpos de Barr ya que solo presentan un cromosoma X activado.

-

Disomía, es la presencia de un par de cromosomas, que en el caso de los humanos es lo normal (poliploidía) pero para organismos haploides es una aneuploidia. Como el síndrome de Prader-Willi y el de Angelman.

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-

Trisomía, Es la presencia de un cromosoma adicional en algún par cromosómico. Las más frecuentes en los seres humanos son: Síndrome de Klinefelter (XXY), que produce individuos altos, con físico ligeramente feminizado, cociente intelectual algo reducido, disposición femenina del vello del pubis, atrofia testicular y desarrollo mamario. Tenemos una mezcla de ambos sexos (individuos ginandromorfos). Síndrome de Down, que es la aneuploidía más viable, con un 0,15% de individuos en la población. Es una trisomía del cromosoma 21 (aunque puede producirse por translocación), que incluye retraso mental, cara ancha y achatada, estatura pequeña, ojos con pliegue epicántico y lengua grande y arrugada Síndrome de Edwards, que es una trisomía del cromosoma 18. Síndrome de Patau, que es una trisomía del cromosoma 13. Trisomía 9, que es una trisomía del cromosoma 9. Síndrome de Warkany, que es una trisomía del cromosoma 8. Trisomía del 16, que es la trisomía más frecuente, ya que se da en el 1% de las mujeres embarazadas, pero totalmente inviable, dando lugar a un aborto alrededordel tercer mes. Síndrome del triple X, que presenta tres cromosomas X. Síndrome del XYY.

-

Tetrasomía, se producen por la presencia de 4 copias de un cromosoma. Como el síndrome XXXX o Tetrasomía X, que ocurre cuando los cromosomas homólogos X no se separan en la formación del óvulo o el esperma.

-

Pentasomía, se producen por la presencia de 5 copia de un cromosoma. Como el síndrome XXXXX o Pentasomía X. Ocurren solo en mujeres al igual que las anteriores.

2) Poliploidías Es la existencia de más de una copia cromosómica en el gameto haploide que puede generar la existencia de un cigoto con más de dos copias de ADN (3n = triploide, 4n = tetraploide). En organismos vegetales la poliploidía es bastante común, pero en animales son por lo general inviables, aunque es posible encontrar animales que como especie son poliploides, sobre todo los anfibios.

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5.4. Ejercicios • Compare las etapas reduccional y ecuacional de la meiosis.

Elabore una tabla que permita comparar mitosis y meiosis. Recuerde que toda tabla o matriz está formada por columnas y filas. Incorpore aspectos como: tipo celular inicial; órgano de ocurrencia en mamíferos y en plantas con flores; número de juegos de cromosomas (ploidía) inicial y final; número de etapas; duración; relaciones entre cromosomas homólogos.

En la meiosis, ¿cómo se forma la estructura llamada tétrada?

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5.5. Las células en los organismos pluricelulares

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6. Las células en los organismos pluricelulares En los organismos pluricelulares las células se asocian formando tejidos. El hecho de cómo este millón de millones de células se organiza se debe a su posibilidad de diferenciación y la posibilidad de comunicación entre tipos celulares. El principio fundamental de un organismo pluricelular pueda sobrevivir es que todas las células que lo componen deben cooperar. Para ello el organismo constituye una comunidad de células con el mismo material genético pero que expresan distintas características, lo que se denomina diferenciación celular. Estas células se comunican por una serie de métodos que revisaremos en la sección de comunicación celular, y se relacionan de manera conjunta formando tejidos. Una evidencia de comunicación es por ejemplo cuando se observa un plato de comida y de inmediato se activan las glándulas salivales, lo que evidencia la conexión que existe entre ojos y glándulas salivales. 6.1. Tejidos Los tejidos se constituyen por un conjunto de células fisiológica y morfológicamente similares que se encuentran unidas y comunicadas entre sí, lo que posibilita la aparición de (las previamente mencionadas) propiedades emergentes, es decir, su estructuración presenta funciones y procesos que no se observan en células aisladas. La aparición de este nivel de organización se debe principalmente a la existencia de proteínas de adhesión celular y la existencia de una matriz celular. Esta última es una red molécular que existe por fuera de la célula (extracelular) y que es producido por ella. Finalmente este es un medio de integración fisiológico que surge de la interacción de los elementos moléculares producidos por las distintas células. Dadas sus características, podemos clasificarlos en cuatro tipos, epitelial, conectivo, muscular y nervioso. 6.1.1. Tejido epitelial Es un tejido de recubrimiento, en el cual las células se encuentran dispuestas una al lado de otra, forman límites y median procesos de transporte, absorción y secreción, regulando así la entrada y salida de sustancias en el cuerpo. En general es un tejido de rápido recambio debido que al estar más expuesto tiende a removerse o dañarse más rápidamente que los demás. Algunos ejemplos son la piel, mucosas o la pared interna de sistema gastrointestinal.

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6.1.2. Tejido conectivo Este se caracteriza por la gran cantidad de matriz extracelular que presenta, lo que resulta en células dispersas estableciendo interacciones célula-matriz más que célulacélula. Las células del tejido conectivo normalmente tienen una gran cantidad de colágeno, proteína más abundante del cuerpo, aunque puede variar de célula en célula. A este tejido se le asocia, principalmente, el sostén estructural, pero también puede ser fundamental en procesos de comunicación. Algunos ejemplos son: Tejido cartilaginoso, óseo, adiposo o sangre. 6.1.3. Tejido muscular Está compuesto por células excitables que pueden contraerse, esta última característica está dada por los filamentos de actina y miosina presentes en las células. Podemos clasificarlas en tres tipos, fibras musculares esqueléticas, asociada a los huesos y dan cuenta del movimiento voluntario del organismo, se constituyen por células largas multinucleadas; fibras musculares lisas, estas se encuentras en todos los órganos internos, están organizadas por un gran número de células unidas entre sí y su regulación es involuntaria; y finalmente las fibras musculares cardiacas, con una estructuración diferente a las dos anteriores, pero de regulación involuntaria al igual que las lisas, cabe destacar que estas poseen un ritmo de contracción, el cual es generado por un grupo especializado de células presentes en el corazón. 6.1.4. Tejido nervioso Está compuesto por dos grupos de células, las neuronas y las glías. Las neuronas provienen del ectodermo y al igual que las células musculares son células excitables por lo que pueden responder a estímulos eléctricos y son capases de conducirlos, de esta forma el organismo logra comunicar diferentes tejidos del cuerpo. Son células altamente especializadas y no pueden dividirse. Por otro lado las glías son células que cumplen diferentes funciones dentro del sistema nervioso, entre ellas, funcionan como soporte, como filtro e sustancias, cumplen funciones inmunes inclusive de mantención y nutrición celular, son bastante diversas y poseen varios orígenes embrionarios.

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6.2. Comunicación celular Básicamente se reconocen tres tipos de comunicación celular: 1) Yuxtacrina: Contacto entre las proteínas superficiales de las células, contacto directo. 2) Uniones comunicantes (gap junctions): Permiten el paso de sustancias pequeñas entre un citoplasma y otro. 3) Comunicación a través de mensajeros químicos: La célula secreta determinadas sustancia que pueden viajar de forma endocrina (vía sanguínea), paracrina (proximidad) o sináptica/nerviosa (neurotransmisores). Dentro de ellos el más relevantes es el por mensajeros químicos. Lo que tienen en común las tres vías de comunicación por mensajeros es: Exocitosis de una sustancia mensajera (ligando) que puede ser una hormona u otra molécula de señalización. Captación de esta señal mediante proteínas receptoras, los cuales prosiguen varios métodos para la procesar esta señal y son específicos para cada ligando. De estos existen algunos que son canales iónicos, otros que actúan acoplados a enzimas y otros que generan una cadena de reacciones para ejercer el efecto.

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7. Ejercicios

¿Qué necesidades exige la pluricelularidad? Argumente y ejemplifique.

¿Dos células que se comunican vía sanguínea experimentan comunicación paracrina? Justifique.

¿Todos los tejidos presentan una importante cantidad de matriz extracelular? Justifique.

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Realice un esquema resumen de comunicación celular e investigue sobre algunos ejemplos.

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8. Ejercicios PSU 1. Respecto de una célula en G1 es correcto afirmar que: I. Presenta cromosomas en el núcleo celular. II. Presenta dos copias de su genoma. III. Su metabolismo está restringido por la actividad de división. A) B) C) D) E)

Sólo I. Sólo II. I y II. I y III. II y III.

2. Un científico trabaja con la especie Drosophila Melanogaster (Mosca de la fruta), insecto con un número de cromosomas en diploidía 2n = 4. Para reconocer si las células de un cigoto de este insecto están en telofase tardía, debería observar al microscopio: A) B) C) D) E)

4 cromosomas en el ecuador de la célula. 8 cromosomas en el citoplasma celular. 2 núcleos con cromatina. 2 núcleos de 4 cromosomas cada uno. 2 núcleos de 2 cromosomas cada uno.

3. Cuál de las siguientes células se encuentra en G0 irreversible I. Neurona II. Linfocito III. Eritrocito A) B) C) D) E)

Sólo I Sólo II Sólo III Sólo I y III I, II y III

4. Al comparar mitosis con meiosis, existe similitud en A) B) C) D) E)

El tipo de célula que la experimenta Formación del huso Número de células resultantes Cantidad de ADN resultante Tiempo de duración de la profase

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5. Un científico gráfica la cantidad por célula de ADN durante el tiempo para mostrar los efectos de un potente antibiótico que ataca a la bacteria Staphylococcus Aureus. Los gráficos son los siguientes:

Gráfico: Cantidad de ADN en un experimento con Staphylococcus Aureus y antibiótico A. De acuerdo a estos gráficos es posible afirmar que el antibiótico A: A) B) C) D) E)

Inhibe la replicación del ADN. Inhibe la duplicación de los centriolos. Inhibe directamente la división tras la etapa G2. Inhibe la citodiéresis. Inhibe la condensación del ADN.

6. La citodiéresis en células vegetales se lleva a cabo por A) B) C) D) E)

Dictiosoma Centríolos Microtúbulos Vacuola Pared celular

7. ¿Cuál de los siguientes seres vivos no realiza mitosis? A) B) C) D) E)

Protozoo Levadura Alga Bacteria Helecho

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8. Un descontrol en el ciclo celular puede causar A) B) C) D) E)

Cáncer Anemia Células polinucleadas Infarto cardiaco Todas las anteriores

9. Se tiene la siguiente fotografía de microscopio:

Fotografía: Célula Vegetal al Microscopio. Es posible afirmar que la célula de la imagen se encuentra en: A) B) C) D) E)

Anafase. Telofase. G0 G1. Metafase.

10. Se dividirá una célula si: I. II. III. IV. A) B) C) D) E)

Su ADN se ha replicado. El ambiente es favorable. El ADN está condensado y unido al huso mitótico. El citoplasma puede dividirse.

Sólo I. Sólo II. I y III. I, II y III. I, II, III y IV

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11. ¿Cuál de los siguientes eventos ocurre en la segunda división meiótica? A) B) C) D) E)

Movimiento de cromosomas con dos cromátidas hacia los polos. División de los centrómeros. Reducción del número de cromosomas. Apareamiento de cromosomas homólogos. Entrecruzamiento o crossing over.

12. ¿Cuál de las siguientes afirmaciones corresponde a características exclusivas de la meiosis? I. Contribuir a la variabilidad genética de las especies. II. Generar células haploides a partir de células diploides. III. Presentar dos etapas reduccionales de cromosomas. A) B) C) D) E)

Sólo I. Sólo II. Sólo III. II y III. I, II y III.

13. Cuál de los siguientes tejidos sirven como reserva energética A) B) C) D) E)

Epitelial Conectivo Adiposo Muscular Nervioso

14. Respecto a la fisión binaria es incorrecto decir A) B) C) D) E)

Se lleva a cabo en procariontes Es un tipo de reproducción asexuada Genera clones de la célula original Se forma sólo un cromosoma Ninguna de las anteriores

15. El tejido adiposo se considera parte del tejido A) B) C) D) E)

Conectivo Epitelial Nervioso Muscular Es un tejido independiente

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16. Cuál de las siguientes aneuploidías afecta a un cromosoma somático A) B) C) D) E)

Síndrome de Patau Síndrome de Turner Síndrome de Klinefelter Síndrome triple X Todas las anteriores

17. El siguiente gráfico muestra la cantidad de ADN y la cantidad de cromosomas de una célula en meiosis:

Los momentos descritos con 1 y 2 pueden corresponder a: A) B) C) D) E)

Interfase y Metafase I. Fase S y Profase II. Fase G1 y Profase I. Profase I y Profase II. Fase S y Telofase I.

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18. Un científico investiga las alteraciones de la meiosis en gametos de ratón. Para ello realiza un cariotipo de algunos gametos al azar. Si se descubre que varios gametos han presenta poliploidía, es posible que esta alteración ocurra: I. II. III. IV.

En la profase I al no producirse apareamiento de cromosomas homólogos. En anafase I al no separarse las tétradas. En anafase II al no separarse las cromátidas hermanas. En Metafase I al no existir permutación cromosómica.

Es (son) correctas: A) B) C) D) E)

Sólo I. II y III. II y IV. Sólo III. I, II, III y IV.

19. ¿En cuál de las siguientes etapas de la mitosis los cromosomas están alineados en el ecuador del huso? A) B) C) D) E)

Profase Metafase Anafase Telofase Citoquinesis

20. Para una célula de número cromosómico 2n = 32 que realiza meiosis es correcto afirmar que: I. II. III. IV. A) B) C) D) E)

Existirán 216 disposición probables en la permutación cromosómica. En profase II será posible encontrar 32 cromosomas por célula. En metafase II se tendrán 16 cromosomas en el ecuador de cada célula. La célula germinal original poseía 64 cromosomas o 32 pares.

Sólo I. Sólo II. I y III. III y IV. I, III y IV.

21. Cuál de las siguientes relaciones tejido función es correcta A) B) C) D) E)

Epitelio – sostén Conectivo – contracción Muscular – comunicación Nervioso – contracción Ninguna de las anteriores

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22. En cuál de las siguientes etapas es posible encontrar una dotación cromosómica 2n 2c A) B) C) D) E)

G1 S G2 Profase Metafase

23. El síndrome de Klinefelter es una A) B) C) D) E)

Trisomía Monosomía Aneuploidia byc ayc

24. Respecto a la división ecuacional de la meiosis, es incorrecto decir A) B) C) D) E)

Ocurre en la meiosis II Consiste en la reducción del número de cromosomas Los centrómeros se dividen en 2 La dotación cromosómica resultante es nc Se separan las cromátidas hermanas

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Soluciones ejercicios PSU Capítulo 1 1.D 2.A 3.B 4.E 5.A 6.B

7.C 8.D 9.A 10.B 11.B 12.D

13.D 14.B 15.E 16.E 17.D 18.D

19.D 20.C 21.C 22.E 23.C 24.B

25.B 26.D 27.C 28.D 29.A 30.D

31.D

5.A 6.A 7.D 8.A

9.A 10.E 11.B 12.B

13.C 14.D 15.A 16.A

17.E 18.B 19.B 20.C

21.E 22.A 23.E 24.B

Capítulo 2 1.B 2.C 3.D 4.B

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Link de reporte de errores: https://es.surveymonkey.com/r/Gauss-Su7 Estimado alumno: Esperamos que este texto te haya sido de gran ayuda para tu preparación PSU. El Equipo de Preuniversitario Gauss y de PSU Para Todos, agradecen que lo hayas utilizado y te desean el mayor de los éxitos. Si has descubierto algún error de tipo conceptual, ortográfico, de redacción o de pauta, lo puedes reportar de manera online en el siguiente link: https://es.surveymonkey.com/r/Gauss-Su7 Tus reportes nos serán de enorme ayuda para que podamos seguir creciendo y perfeccionando nuestros materiales, y más alumnos en el futuro, puedan beneficiarse de ellos. Muchas gracias y mucho éxito.

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