Temática 1. La Celula

LA CÉLULA

La célula es la unidad anatómica, funcional y genética de los seres vivos.
La célula es una estructura constituida por tres elementos básicos: membrana plasmática, citoplasma y material genético (ADN).
Posee la capacidad de realizar tres funciones vitales: nutrición, relación y reproducción.
Se llaman eucariotas a las células que tienen la información genética envuelta dentro de una membrana que forman el núcleo.
Un organismo formado por células eucariotas se denomina eucarionte. Pueden ser unicelulares como un óvulo  o pluricelulares como una planta.
Muchos seres unicelulares tienen la información genética dispersa por su citoplasma, no tienen membrana nuclear. A ese tipo de células se les da el nombre de procariotas. Un ejemplo son las bacterias.

El tamaño y la forma de las células dependen de la función que realizan. Por ejemplo las células de la piel presentan forma aplanada ya que su función es proteger, las células de la sangre tienen forma redonda para circular  por el torrente sanguíneo y el espermatozoide presenta flagelo porque necesita desplazarse por sí mismo hasta el óvulo.

Esquma de una célula vegetal

Esquema de una Célula Animal

El citoplasma es el espacio celular comprendido entre la membrana plasmática y la envoltura nuclear.
Está constituido por el citosol, el citoesqueleto y los orgánulos celulares.
El citosol o hialoplasma, es el medio interno del citoplasma. Es la solución acuosa donde flotan el citoesqueleto y los ribosomas. Está formado por un 85% de agua con un gran contenido de sustancias dispersas en él de forma coloidal (prótidos, lípidos, glúcidos, ácidos nucleicos y nucleótidos así como sales disueltas.
En el citosol se producen muchas de las funciones más importantes de mantenimiento celular, como las primeras etapas de descomposición de moléculas nutritivas y la síntesis de muchas de las grandes moléculas que constituyen la célula. En él se produce una ingente cantidad de reacciones metabólicas importantes: glucólisis, gluconeogénesis,

fermentación láctica, etc.
El citoesqueleto  aparece en todas las células eucariotas. Sus funciones son mantener la forma de la célula, formar pseudópodos, contraer las fibras musculares, transportar y organizar los orgánulos celulares.

FUNCIONES DE LOS ORGANELOS CELULARES

Retículo Endoplasmático

El retículo endoplasmático es un sistema membranoso que se extienden por todo el citoplasma y comunican con la membrana nuclear externa. Existen dos clases de retículo endoplasmático: rugoso (con ribosomas adheridos) y liso (libres de ribosomas asociados). Su función primordial es la síntesis de proteínas, la síntesis de lípidos constituyentes de membrana y la participación en procesos de destoxificación de la célula.

Ribosomas

Los ribosomas son estructuras globulares, carentes de membrana. Están formados químicamente por varias proteínas asociadas a ARN ribosómico procedente del nucléolo. Pueden encontrarse libres en el citoplasma o adheridos a las membranas del retículo endoplasmático. Unas proteínas (riboforinas) sirven de nexo entre ambas estructuras. Su función consiste únicamente en ser el orgánulo lector del ARN mensajero, con órdenes de ensamblar los aminoácidos que formarán la proteína. Son orgánulos sintetizadores de proteínas.

Mitocondrias: La central energética

Las mitocondrias son los orgánulos celulares encargados de suministrar la mayor parte de la energía necesaria para la actividad celular, actúan por tanto, como centrales energéticas de la célula y sintetizan ATP a expensas de los carburantes metabólicos (glucosa, ácidos grasos y aminoácidos).

Lisosomas

Los lisosomas son vesículas procedentes del Aparato de Golgi que contienen enzimas digestivas como las hidrolasas ácidas.

Aparato de Golgi

Se encuentra en el citoplasma de la célula. Dentro de las funciones que posee el Aparato de Golgi se encuentran la glicosilación de proteínas, selección, destinación, glicosilación de lípidos y la síntesis de polisacáridos de la matriz extracelular.

Vacuolas

Las vacuolas son estructuras celulares, muy abundantes en las células vegetales, contenidas en el citoplasma, de formas más o menos esféricas u ovoideas, generadas por la propia célula al crear una membrana cerrada que aísla un cierto volumen celular del resto del citoplasma.
Su contenido es fluido. Almacenan productos de nutrición o de desecho, y pueden contener enzimas lisosómicas.

El Núcleo

El núcleo, rodeado de una membrana propia, llamada membrana nuclear, es la parte central de la célula, que contiene el ácido desoxirribonucleico (ADN o en inglés DNA), donde se encuentran codificados los genes

El núcleo es una estructura constituida por una doble membrana, denominada envoltura nuclear que rodea al ADN de la célula separándolo del citoplasma.
El medio interno se denomina nucleoplasma y en él están sumergidas, más o menos condensadas, las fibras de ADN que se llaman cromatina y corpúsculos formados por ARN conocidos como nucléolos.

Genes

La molécula de ADN es una hélice larga y doble, semejante a una escalera de caracol. Los eslabones de esta cadena, que determinan el código genético de cada individuo, se componen de pares de cuatro tipos de moléculas denominadas bases (adenina, timina, guanina y citosina). La adenina se empareja con la timina y la guanina con la citosina. El código genético está escrito en tripletes, de manera que cada grupo de tres eslabones de la cadena codifica la producción de uno de los aminoácidos, los cuales son los componentes que constituirán las proteínas.

Cromosomas

Cada persona posee 23 pares de cromosomas. Una de estas parejas determina el sexo con el que se nace, adoptando el nombre de "cromosomas sexuales".
Por su forma se identifican los cromosomas sexuales femeninos (determinan que la persona sea de sexo femenino) como XX, y la pareja de cromosomas masculinos como XY (determinan que la persona sea de sexo masculino).

TALLER

1.     Completa cada oración con las palabras de la clave, según corresponda:

CLAVE Núcleo – organelos – función – membrana celular - citoplasma – forma – célula- tamaño.

El ____________ y la ___________ de las células son variables, pues dependen de la _________ que realiza.

Las células están formadas por 3 partes principales _________, ___________ y _________. Los __________ son pequeñas estructuras que se ubican en el __________ y realizan una función determinada dentro de la __________.  

2.     Escribe la función de cada una de los organelos celulares.

3.     Dibuja la célula animal y la célula vegetal y escribe la diferencia entre ellas.

4.     Escribe 5 ejemplos de célula procariota y 5 ejemplos de células eucariotas

5.     Escribe con tus palabras la diferencia entre una célula eucariota y procariota teniendo en cuenta el siguiente gráfico y nombra un ejemplo de cada una de ellas.

6.     En cada célula de un organismo se encuentra su ADN y su ARN. Explique ¿Qué es el ADN y el ARN y donde están ubicados?

Observa los siguientes materiales en linea:
 http://prezi.com/ol6hcwixyxho/la-celula/
http://es.calameo.com/read/00315441812b90d5ca105

Observa el siguiente video:

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BIENVENIDOS

En este blog encontrarás temas relacionados con las ciencias naturales, las temáticas se  presentan de manera interactiva y didáctica para facilitar el aprendizaje.

OBJETIVO GENERAL DEL PROGRAMA Y DEL BLOG:

Orientar a los aprendices de manera pedagógica hacia los conocimientos científicos de las ciencias naturales.

Facilitar el aprendizaje por medio de la presentación de diversos recursos didácticos como imágenes, mapas conceptuales y preguntas contextualizadas.

Tema 1. LA CÉLULA
La célula es la unidad estructural, anatómica, funcional y genética de un ser vivo. Aunque una célula puede ser un organismo como por ejemplo una bacteria. En esta guía se presentará la definición, las partes, los tipos y las anomalías más comunes de la célula que producen enfermedades como el cáncer.

Tema 2. EL ADN
El ADN o ácido desoxirribunocleico, es la molécula que contiene la información genética de los seres vivos. Se dará a conocer la importancia, la ubicación, la organización y los procesos más relevantes del ADN que explican la transmisión de la herencia de generación en generación. También se abordará algunas anomalias como las mutaciones.

Sitios de interés

LA CÉLULA

TIPOS DE CÉLULAS

TRANSPORTE CELULAR

TRANSPORTE DE MOLÉCULAS DE ELEVADA MASA MOLECULAR

COMPORTAMIENTO DE UNA CÉLULA VEGETAL ANTE DISTINTAS PRESIONES OSMÓTICAS

El cáncer es una enfermedad provocada por un grupo de células que se multiplican sin control y de manera autónoma, invadiendo localmente y a distancia otros tejidos.

¿Por qué hay preocupación de que los teléfonos celulares puedan causar cáncer u otros problemas de salud?

BIOLOGÍA

EL ADN

Ácido desoxirribonucleico (ADN)

Fig.  1. Ubicación del ADN en  la célula.

 Ácido desoxirribonucleico (ADN), material genético de todos los organismos celulares y casi todos los virus. El ADN lleva la información necesaria para dirigir la síntesis de proteínas y la replicación. Se llama síntesis de proteínas a la producción de las proteínas que necesita la célula o el virus para realizar sus actividades y desarrollarse.

La replicación es el conjunto de reacciones por medio de las cuales el ADN se copia a sí mismo cada vez que una célula o un virus se reproduce y transmite a la descendencia la información que contiene. En casi todos los organismos celulares el ADN está organizado en forma de cromosomas, situados en el núcleo de la célula.

Fig. 2. Estructura de un cromosoma

Estructura del ADN:

Cada molécula de ADN está constituida por dos cadenas o bandas formadas por un elevado número de compuestos químicos llamados nucleótidos. Estas cadenas forman una especie de escalera retorcida que se llama doble hélice. Cada nucleótido está formado por tres unidades: una molécula de azúcar llamada desoxirribosa, un grupo fosfato y uno de cuatro posibles compuestos nitrogenados llamados bases: adenina (abreviada como A), guanina (G), timina (T) y citosina (C). 

Fig. 3. Estructura del nucleótido en el ADN

La molécula de desoxirribosa ocupa el centro del nucleótido y está flanqueada por un grupo fosfato a un lado y una base al otro. El grupo fosfato está a su vez unido a la desoxirribosa del nucleótido adyacente de la cadena. Estas subunidades enlazadas desoxirribosa-fosfato forman los lados de la escalera; las bases están enfrentadas por parejas, mirando hacia el interior, y forman los travesaños.

Los nucleótidos de cada una de las dos cadenas que forman el ADN establecen una asociación específica con los correspondientes de la otra cadena. Debido a la afinidad química entre las bases, los nucleótidos que contienen adenina se acoplan siempre con los que contienen timina, y los que contienen citosina con los que contienen guanina. Las bases complementarias se unen entre sí por enlaces químicos débiles llamados enlaces de hidrógeno.

En 1953, el bioquímico estadounidense James Watson y el biofísico británico Francis Crick publicaron la primera descripción de la estructura del ADN. Su modelo adquirió tal importancia para comprender la síntesis proteica, la replicación del ADN y las mutaciones, que los científicos obtuvieron en 1962 el Premio Nobel de Medicina por su trabajo. 

Fig. 4. Estructura del ADN según Watson y Crick

SINTESIS DE PROTEINAS

El material hereditario conocido como ácido desoxirribonucleico (ADN), que se encuentra en el núcleo de la célula, contiene la información necesaria para dirigir la fabricación de proteínas.

El ADN incorpora las instrucciones de producción de proteínas. Una proteína es un compuesto formado por moléculas pequeñas llamadas aminoácidos, que determinan su estructura y función.

La secuencia de aminoácidos está a su vez determinada por la secuencia de bases de los nucleótidos del ADN.

Cada secuencia de tres bases, llamada triplete, constituye una palabra del código genético o codón, que especifica un aminoácido determinado.

Así, el triplete GAC (guanina, adenina, citosina) es el codón correspondiente al aminoácido leucina, mientras que el CAG (citosina, adenina, guanina) corresponde al aminoácido valina.

Por tanto, una proteína formada por 100 aminoácidos queda codificada por un segmento de 300 nucleótidos de ADN.

De las dos cadenas de polinucleótidos que forman una molécula de ADN, sólo una, llamada paralela, contiene la información necesaria para la producción de una secuencia de aminoácidos determinada. La otra, llamada antiparalela, ayuda a la replicación.

Fig. 5. Proceso de transcripción y traducción del ADN

La síntesis proteica comienza con la separación de la molécula de ADN en sus dos hebras. En un proceso llamado transcripción, una parte de la hebra paralela actúa como plantilla para formar una nueva cadena que se llama ARN mensajero o ARNm. El ARNm sale del núcleo celular y se acopla a los ribosomas, unas estructuras celulares especializadas que actúan como centro de síntesis de proteínas. Los aminoácidos son transportados hasta los ribosomas por otro tipo de ARN llamado de transferencia (ARNt). Se inicia un fenómeno llamado traducción que consiste en el enlace de los aminoácidos en una secuencia determinada por el ARNm para formar una molécula de proteína.

Un gen es una secuencia de nucleótidos de ADN que especifica el orden de aminoácidos de una proteína por medio de una molécula intermediaria de ARNm. La sustitución de un nucleótido de ADN por otro que contiene una base distinta hace que todas las células o virus descendientes contengan esa misma secuencia de bases alterada. Como resultado de la sustitución, también puede cambiar la secuencia de aminoácidos de la proteína resultante. Esta alteración de una molécula de ADN se llama mutación. Casi todas las mutaciones son resultado de errores durante el proceso de replicación. La exposición de una célula o un virus a las radiaciones o a determinados compuestos químicos aumenta la probabilidad de sufrir mutaciones.

Fig. 6. Mutación del ADN

Fig. 7. Replicación del ADN

En casi todos los organismos celulares, la replicación de las moléculas de ADN tiene lugar en el núcleo, justo antes de la división celular. Empieza con la separación de las dos cadenas de polinucleótidos, cada una de las cuales actúa a continuación como plantilla para el montaje de una nueva cadena complementaria. A medida que la cadena original se abre, cada uno de los nucleótidos de las dos cadenas resultantes atrae a otro nucleótido complementario previamente formado por la célula.

Los nucleótidos se unen entre sí mediante enlaces de hidrógeno para formar los travesaños de una nueva molécula de ADN. A medida que los nucleótidos complementarios van encajando en su lugar, una enzima llamada ADN polimerasa los une enlazando el grupo fosfato de uno con la molécula de azúcar del siguiente, para así construir la hebra lateral de la nueva molécula de ADN. Este proceso continúa hasta que se ha formado una nueva cadena de polinucleótidos a lo largo de la antigua; se reconstruye así una nueva molécula con estructura de doble hélice.

Herramientas y Técnicas para el estudio del ADN

Las enzimas de restricción, fueron encontradas en bacterias y se usan como tijeras moleculares para cortar los enlaces fosfato de la molécula de ADN en secuencias específicas. Las cadenas de ADN que han sido cortadas con estas enzimas presentan extremos de cadena sencilla, que pueden unirse a otros fragmentos de ADN que presentan extremos del mismo tipo. Los científicos utilizan este tipo de enzimas para llevar a cabo la tecnología del ADN recombinante o ingeniería genética. Esto implica la eliminación de genes específicos de un organismo y su sustitución por genes de otro organismo.

Otra herramienta muy útil para trabajar con ADN es un procedimiento llamado reacción en cadena de la polimerasa (RCP), también conocida como PCR por su traducción directa del inglés (polymerase chain reaction). Esta técnica utiliza una enzima denominada ADN polimerasa que copia cadenas de ADN en un proceso que simula la forma en la que el ADN se replica de modo natural en la célula. Este proceso, que ha revolucionado todos los campos de la biología, permite a los científicos obtener gran número de copias a partir de un segmento determinado de ADN.

La tecnología denominada huella de ADN (DNA fingerprinting) permite comparar muestras de ADN de diversos orígenes, de manera análoga a la comparación de huellas dactilares.

En esta técnica los investigadores utilizan también las enzimas de restricción para romper una molécula de ADN en pequeños fragmentos que separan en un gel al que someten a una corriente eléctrica (electroforesis); de esta manera, los fragmentos se ordenan en función de su tamaño, ya que los más pequeños migran más rápidamente que los de mayor tamaño.

Se puede obtener así un patrón de bandas o huella característica de cada organismo. Se utiliza una sonda (fragmento de ADN marcado) que hibride (se una específicamente) con algunos de los fragmentos obtenidos y, tras una exposición a una película de rayos X, se obtiene una huella de ADN, es decir, un patrón de bandas negras característico para cada tipo de ADN.

Un procedimiento denominado secuenciación de ADN permite determinar el orden preciso de bases nucleótidas (secuencia) de un fragmento de ADN. La mayoría de los tipos de secuenciación de ADN se basan en una técnica denominada extensión de oligonucleótido (primer extension) desarrollada por el biólogo molecular británico Frederick Sanger. Los científicos ya han completado la secuenciación del material genético de varios microorganismos, incluyendo la bacteria Escherichia coli.

En 1998 se llevó a cabo el reto de la secuenciación del genoma de un organismo pluricelular, un gusano nematodo conocido como Caenorhabditis elegans. Desde entonces, la lista de organismos cuyo genoma ha sido secuenciado ha continuado aumentando e incluye, entre otros, la mosca del vinagre (Drosophila melanogaster), el arroz, el ratón, el protozoo Plasmodium falciparum y el mosquito Anopheles gambiae.

Más recientemente, en abril de 2003, el consorcio público internacional que integra el Proyecto Genoma Humano anunció el desciframiento de la secuencia completa del genoma humano.

Aplicaciones

La investigación sobre el ADN tiene un impacto significativo, especialmente en el ámbito de la medicina. A través de la tecnología del ADN recombinante los científicos pueden modificar microorganismos que llegan a convertir en auténticas fábricas para producir grandes cantidades de sustancias útiles. Por ejemplo, esta técnica se ha empleado para producir insulina (necesaria para los enfermos de diabetes) o interferón (muy útil en el tratamiento del cáncer).

Los estudios sobre el ADN humano también revelan la existencia de genes asociados con enfermedades específicas como la fibrosis quística y determinados tipos de cáncer. Esta información puede ser valiosa para el diagnóstico preventivo de varios tipos de enfermedades.

TALLER

1.       ¿Qué es el ADN y donde se encuentra ubicado?

2.       Dibuje la estructura del ADN y señales sus partes.

3.       El ADN realiza 2 procesos importantes: la síntesis de proteínas y la replicación que tienen que ver con la herencia. Explica y dibuja cada uno de estos procesos.

4.       Las mutaciones genéticas pueden ocasionar enfermedades como el cáncer o síndromes como como el de Turner, Down, la hemofilia y otras; sin embargo las mutaciones también producen cambios en los seres vivos que les permite evolucionar. Escriba el concepto de mutación y realice su respectivo dibujo.

5.       El ADN está constituido por 2 bandas, las cuales están formada por un gran número de nucleótidos. Cada nucleótido está formado por 3 unidades. Diga cuales son estas unidades y haga el respectivo dibujo.

6.        Las técnicas que se utilizan para el estudio del ADN son: Las enzimas de restricción, reacción en cadena de la polimerasa (RCP), huella de ADN y extensión de oligonucleótido. Defina cada una de estas técnicas.

7.       Cuáles son las aplicaciones más significativas de ADN actualmente.