UNIDAD 1: LA CLULA

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LICEO 1 JAVIERA CARRERA

DEPARTAMENTO BIOLOGA

NIVEL: PRIMERO MEDIO

2011

GUA DE APRENDIZAJE

UNIDAD: ESTRUCTURA Y FUNCIN DE LA CLULA

Tema 3: Membrana plasmtica y mecanismos de transporte

AUTOR: JULIO RUIZ ALARCON

INTRODUCCIN:

En gua estudiaremos en detalle, como est formada la membrana celular y los diferentes mecanismos de transporte de sustancias qumicas que se producen por la membrana plasmtica.

APRENDIZAJE ESPERADO:

Se pretende que puedas comprender que la membrana celular, a pesar de ser muy delgada, tiene una organizacin molecular muy compleja y cumple varias funciones como: proteccin de las estructuras internas de la clula, control de sustancias que entran o salen, identificacin de molculas y comunicacin celular.

CONTENIDOS QUE SE ESTUDIARAN EN ESTA UNIDAD

Estructura de la membrana celular, segn modelo de mosaico fluido.Mecanismo de transporte de sustancia de la clula.

PROCEDIMIENTO DE TRABAJO:

Lee comprensivamente cada uno de los contenidos que aparecen en este material de apoyo.Si algo no te queda claro, consulta con el profesor.Desarrolla las actividades propuestas con mucha responsabilidad.Si crees que trabajando en equipo aprendes ms, desarrolla este material en un grupo pequeo.

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CMO EST ORGANIZADA LA MEMBRANA CELULAR O PLASMTICA?

La clula constituye la unidad funcional de los seres vivos. Como tal establece relaciones con su entorno a travs de la membrana celular. Esta estructura es una unidad que presenta un comportamiento variable, concepto conocido como permeabilidad selectiva. Esta capacidad para variar su conducta la hace indispensable para mantener la homeostasis del medio intracelular y extracelular. Como podemos ver en la fig.1, la membrana est formada por una serie de molculas.

Fig 1 Modelo de mosaico fluido de la membrana celular.

ACTIVIDADAD 1: observa detalladamente esta imagen, pinta de diferentes colores las molculas que estructuran la membrana plasmtica (MP) y rotula las molculas indicadas con la flecha y haz adems una breve descripcin de cada una de ellas.

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DOCUMENTO I:

Como te habrs dado cuenta la clula est rodeada por una membrana, denominada "membrana plasmtica" (MP). La membrana delimita el territorio de la clula y controla el contenido qumico de la clula. En la composicin qumica de la membrana entran a formar parte los fosfolpidos, protenas y glcidos en proporciones aproximadas de 40%, 50% y 10%, respectivamente.

Los lpidos forman una doble capa y las protenas se disponen de una forma irregular y asimtrica entre ellos. Estos componentes presentan movilidad, lo que confiere a la membrana un elevado grado de fluidez. Por el aspecto y comportamiento el modelo de membrana se denomina "modelo de mosaico fluido.

Otros componentes moleculares de la MP son: colesterol., glicoprotenas.

Estudiemos en detalle algunos de estos componentes moleculares de la membrana plasmtica:

LOS FOSFOLPIDOS

Los fosfolpidos pertenecen a un grupo de lpidos compuestos porque estar formados por cido fosfrico cidos grasos.

En la figura, la cabeza corresponde al fosfato y la cola a los dos cidos grasos. La primera es, es una zona hidroflica (tiene atraccin por el agua), la cola es de tipo hidrofbica (repele el agua). En contacto con el agua, estas molculas se ordenan formando mono capas molculas. La cabeza se orienta hacia el agua y la cola, lo hace en sentido contrario, ver figura 1.

Estas dos caractersticas determinan que se dispongan de manera espontnea en una doble capa llamada bicapa fosfolipdica.

Fig.2 estructura de un fosfolpido

EL COLESTEROL:

Corresponde a otro tipo de lpido, se encuentra en la mayora de las clulas con bicapa fosfolipdica, ste, hace que la bicapa sea ms resistente y flexible, pero menos permeable a sustancias solubles en agua, como iones y glucosa.

PROTENAS:

Fig 3 protenas con forma de canales para el transporte

Se encuentran incrustadas en la capa lipdica. Hay tres categoras de protenas:

a) Protenas de transporte: regulan el movimiento de molculas hidroflicas a travs de la membrana. Algunas forman canales o poros, por donde transitan las molculas, como potasio, calcio, sodio, fig. 3

Fig. 4 protena receptora de molculas del medio

b) Protenas receptoras: actan como receptores de molculas enviadas por otras molculas para comunicarse entre ellas, fig.4

Fi5 protenas de reconocimiento

c) Protenas de reconocimiento: son glucoprotena (protenas asociadas a glcidos), actan como etiquetas de identificacin y como sitios de unin a la superficie celular de sustancias que han sido identificaron como extraas al organismo. As por ejemplo, las clulas de ciertos glbulos blancos, reconocen bacterias, como invasores de nuestro cuerpo para ser destruidas por otras clases de estos glbulos blancos, ver fig.5

En sntesis, la membrana plasmtica, es una estructura que est organizada en base a varios tipos de molculas como: fosfolpidos, colesterol, varios tipos de protenas.

Cumple varias funciones: proteccin fsica de la organizacin de la clula, regulacin del movimiento de molculas hacia y desde la clula, comunicacin con otras clulas e identificacin de lo que forma parte no de nuestro organismo.

ACTIVIDAD 2: aplicando lo que aprendiste en este texto:

2. 1 Qu tipos de la molculas pintaste en el modelo membrana llamado mosaico fluido y a qu se debe este nombre? Explica

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2.2 Explica la organizacin estructural de la membrana celular

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2.3 Explica la forma en que se disponen los lpidos en la membrana celular

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2.4 Qu propiedad otorgan los fosfolpidos a la membrana celular? Explica

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2.5 Por qu es necesaria la presencia de colesterol en la membrana celular? Argumenta

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2.6 Qu disposicin tienen las protenas en la membrana celular?

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Qu tipos de protenas conforman la membrana celular y que funciones especficas cumplen estas molculas en la clula? Explica

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Qu tipos de funciones cumple la membrana en la clula? Explica

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Haz un mapa conceptual con los conceptos relevantes que hemos estudiado hasta el momento.

TEXTO II

LA MEMBRANA: PUERTA REGULADORA DE LO QUE ENTRA Y SALE DE LA CLULA

La membrana celular es como una aduana, controla todo lo que entra y sale de la clula, transportando molculas en ambos sentidos.

Las sustancias qumicas son movilizadas por la membrana mediante dos tipos de transporte: pasivo y activo

Para el transporte pasivo no se requiere que la clula gaste energa puesto que la molculas se mueven producto de su propia energa cintica que poseen. Entre los ejemplos de este tipo de transporte se incluyen la difusin de oxgeno y anhdrido carbnico, la smosis del agua (difusin de agua) y la difusin facilitada.

El transporte activo, requiere energa para movilizar las sustancias qumicas de un lado a otro de la membrana como es el caso de la expulsin de Na+ o la incorporacin del K+

Veamos la primera forma de transporte, esto es, el pasivo.

Movimiento del agua y los solutos

La membrana celular acta como barrera semipermeable impidiendo la entrada de la mayor parte de las molculas, dejando pasar selectivamente a otras. Para entender los procesos que acontecen es necesario, comprender algunos conceptos previos como, solucin, potencial hdrico de una solucin, difusin y smosis.

El potencial hdrico, se refiere a la concentracin de molculas de agua que tiene una solucin. La tendencia del agua a moverse de un rea de mayor concentracin de molculas de agua una de menor concentracin. En otros trminos, las molculas de agua se mueven de acuerdo a la diferencia de energa potencial entre el punto donde se encuentran y el lugar hacia donde se dirigen. La presin y la gravedad son dos de los orgenes de este movimiento.

Solucin, es la mezcla homognea de un soluto (por ej, sal), con un soluto (por ej, agua) La fig.8 ilustra una solucin y la difusin del soluto.

La difusin es el movimiento neto de sustancia (lquida o gaseosa) de un rea de alta concentracin a una de baja concentracin. Dado que las molculas de cualquier sustancia se encuentran en movimiento cuando su temperatura est por encima de cero absoluto (0 grados Kelvin o -273 grados C), existe una disponibilidad de energa para que las mismas se muevan desde un estado de potencial alto a uno de potencial bajo. La mayora de las molculas se mueven desde una concentracin alta a una baja, es decir el movimiento neto es desde altas concentraciones a bajas concentraciones. Eventualmente, si no se agrega energa al sistema las molculas llegan a un estado de equilibrio en el cual se encuentran distribuidas homogneamente en el sistema.

Fig. 6 difusin de soluto en agua

Fig 7 difusin de 02, CO2 por difusin

El anhdrido carbnico y el oxgeno se encuentran entre las pocas molculas simples que pueden cruzar la membrana celular por difusin. La difusin constituye una de las principales formas de movimiento de sustancias entre las clulas. El intercambio de gases en branquias y pulmones es consecuencia de fenmenos de difusin. El anhdrido carbnico se regenera constantemente dado que es producido en las clulas como consecuencia de fenmenos metablicos, y como la fuente est en el interior de la clula, el flujo neto del CO2 es hacia el exterior de la clula. Los procesos metablicos, requieren usualmente oxgeno, cuya concentracin es mayor en el exterior de la clula, por lo tanto su flujo neto es hacia el interior de las clulas, como lo muestra la fig.7

La osmosis se conoce al fenmeno de difusin de agua a travs de una membrana semipermeable (o de permeabilidad diferencial o de permeabilidad selectiva) de una solucin de alto potencial hdrico (hipotnica) a una de bajo potencial hdrico (hipertnica) Ejemplos de ese tipo de membrana son la membrana celular, como as tambin productos como los tubos de dilisis :La presencia de solutos disminuye el potencial hdrico de una solucin, por lo tanto existe ms agua por unidad de volumen en un vaso de agua corriente que en el volumen equivalente de agua de mar. En una clula, que posee organelas y molculas grandes, la direccin del flujo del agua es, generalmente, hacia el interior de la clula. Fig. 8

OSMOSIS

SOLUCIN HIPERTNICA

SOLUCIN HIPERTNICA

Fig.8 esquematizacin de la osmosis

SOLUCIN HIPOTNICA

Como se aprecia en este esquema, la membrana separa a dos soluciones, la A, es una solucin hipertnica o de bajo potencial hdrico con respecto a la solucin B que es lo contrario. Como la membrana es semipermeable, deja pasar solo el agua, entonces el agua difunde desde el medio B (hay ms molculas de aguas) hacia la solucin A (hay menos molculas de agua), este fenmeno se llama osmosis. En consecuencia, la osmosis es la difusin de agua a travs de una solucin de alto potencial hdrico o hipotnica, hacia una solucin de bajo potencial hdrico o hipertnica.

Las soluciones hipertnicas son aquellas, que con referencias al interior de la clula, contienen mayor cantidad de solutos (y por lo tanto menor potencial de agua) hipotnicas son aquellas, que en cambio contienen menor cantidad de solutos (o, en otras palabras, mayor potencial hdrico). Las soluciones isotnicas tienen concentraciones equivalentes de sustancia y, en este caso, al existir igual cantidad de movimiento de agua hacia y desde el exterior, el flujo neto es nulo.fig.9

Fig.9 efecto que tienen las soluciones hiper, hipo e isotnicas sobre las clulas

ACTIVIDAD 3: comprobando lo que aprendiste del texto II de informacin.

Distingue entre los siguientes concepto:

3.1.1 Transporte pasivo y activo:

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Solucin- soluto solvente y potencial hdrico

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Solucin hipotnica Hipertnica e Isotnica:

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Difusin y osmosis.

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Observa la fig.9 y responde lo siguiente:Qu tipo de cambios experimenta el glbulo rojo colocado en la solucin, isotnica, hipotnica e hipertnica respectivamente? Argumenta

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Cul de los dos medios, A o B, est ms concentrado en trminos de soluto y por lo tanto, qu cantidad de agua contiene cada uno? Explica

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Seala las diferencias y semejanzas que existen entre la difusin y la osmosis.

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Cuando se alia una ensalada, aparece abundante agua en el plato, cmo explicas este hecho?

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TTRANSPORTE PASIVO: FACILITADO.

Texto III:

Fig.10 transporte facilitado

El tipo de transporte asistido por protenas transportadoras o "carriers" se denomina difusin facilitada. Tanto la difusin como la difusin facilitada no consume energa, porque, las molculas, son movilizadas por la energa potencial derivada de las diferencias de concentracin en el gradiente de concentracin. La glucosa entra en la mayor parte de las clulas por difusin facilitada. Parece existir un nmero limitado de protenas transportadoras de glucosa. El rpido consumo de la glucosa por la clula (por la gliclisis) mantiene el gradiente de concentracin. Sin embargo, cuando la concentracin externa de glucosa aumenta, la velocidad de transporte no excede cierto lmite, sugiriendo una limitacin en el transporte. Fig 10

ACTIVIDAD 4: Comprobando lo que has aprendido del texto III.

Indica 4 hechos que caracterizan el transporte facilitado:________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________Investiga en que consiste las formas de trasporte facilitado que se ilustran en la fig. 10 (uniporti, sinporti, antiporti)

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Texto IV: TRANSPORTE ACTIVO

En el caso del transporte activo, las protenas transportadoras deben mover molculas o iones contra un gradiente de concentracin. Por ejemplo en la bomba de sodio-potasio de las clulas nerviosas el Na+ es mantenido a bajas concentraciones en el interior de las clulas y el K+ a altas concentraciones. Las concentraciones estn invertidas en el exterior de las clulas.

Cuando se propaga un mensaje nervioso los iones pasan a travs de la membrana transmitiendo el mensaje. Luego de este proceso, los iones deben ser transportados activamente a la "posicin de partida" a lo largo de la membrana. Cerca de un tercio del ATP utilizado por un animal en reposo se consume para mantener la bomba Na-K. Ver Fig. 11.

Fig.11 ilustracin transporte activo

En sntesis, el transporte activo, se caracteriza por:

Se realiza por carrier o protenas transportadoras.Se efecta contra la gradiente de la concentracin de los solutos transportados.Gasta energa (ATP).Se transportan iones (partculas polares).Es especfico.Presenta inhibicin competitiva.Ejemplo de transporte activo. La bomba Na+/K+.fig. 12

La Bomba Na+/K+

Un in Na si inserta con precisin en el carrier.RQ en que ATP, libera un P que se une al carrier, por efecto de la Ez. ATPasa (ste adquiere energa), liberndose ADP.Lo anterior determina que el carrier cambie de forma liberando el Na hacia fuera de la MP.Un in K en el lado externo de la MP, se inserta en el carrier.De esta manera el carrier ofrece una mejor acoladura para el K que para el Na.Se libera el P del carrier,induciendo a que ste recupere su forma inicial y el K es liberado en el citoplasma. El carrier queda en cndiciones nuevamente de repetir el proceso.

Fig.13: bomaba sodio/potasio

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TRANSPORTE POR VESCULAS

FAGOCITOSIS

En la fagocitosis el contacto entre la MP y una partcula slida hace que la membrana se extienda alrededor de la partcula englobndole en una vacuola (fagosoma). Si la partcula es sustancia nutritiva, el fagosoma se fusiona con un lisosoma, vertiendo ste sus enzimas para digerirla. Es un proceso activo que implican cambios estructurales de la membrana plasmtica. Permite el paso de macromolculas: protenas, polinucletido, virus e incluso otra clula. Ocupa ATP.

Existen dos formas:

Endocitosis: incorpora la clulas sustancias slidas, si son lquidas, se denomina, pinocitosis y la mediada por receptores

Exocitosis: es la forma como las clulas glandulares expulsan sus secreciones. Es el proceso contrario a la endocitosis. Fig 13, comparacin de la endocitosis con la exocitosis

Fig. 13: Ilustracin de la exocitosis y la endocitosis

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En sntesis: como podemos apreciar, en la fig. 13, en la endocitosis las molculas hacen que la membrana celular se invagine y luego forme una vescula que se dirige al interior. La fagocitosis es un tipo de endocitosis en la cual se incorpora una partcula completa (por ejemplo una bacteria). En la pinocitosis se incorpora un lquido.

En la endocitosis mediada por receptor el material a ser transportado se "pega" a receptores especficos de la membrana, un ejemplo de ello es transporte de lipoprotenas.

ACTIVIDAD 5: Comprobando lo que has aprendido sobre el documento IV: transporte activo y por vesculas.

5.1 Qu hechos caracterizan el transporte activo?

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5.2 En qu aspectos son similares la difusin facilitada y el transporte activo, mediado por un carrier? En qu aspectos difieren?

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5.3 Realiza una comparacin entre los procesos de difusin simple, difusin facilitada y transporte activo mediado por carrier.

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5.4 Indica todos los procesos ( en el mismo orden en que suceden) para que la protena de la bomba sodio/potasio, transporte estos iones.

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5.5 Diferencia entre:

a) Exocitosis - pinocitosis - fagocitosis endocitosis.

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b) Transporte activo transporte facilitado- transporte por vesculas.

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5.6 Averigua sobre los tipos de clulas de tu cuerpo realizan transporte por fagocitosis y exocitosis.

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6.0 Haz un glosario de los conceptos relevante que hemos visto en esta unidad