Unidad Pedagógica Parte II Trabajo Practico N°2
ESPACIO/S CURRICULAR/ES: Biología.
CURSOS: 4° año (todos).
DOCENTES A CARGO: Alvarez Correa, Milton; Fleitas María Eugenia.
FECHA DE PUBLICACION: 29/03/2021
FECHA DE PRESENTACION: DURANTE LA PRESENCIALIDAD
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CONTENIDOS PRIORITARIOS A EVALUAR: Transporte a través de las membranas.
Metabolismo: fotosíntesis, respiración celular y fermentación.
CAPACIDADES A DESARROLLAR: pensamiento crítico y resolución de problemas.
CRITERIOS DE EVALUACION:
- Expresión coherente de ideas y pensamientos en forma escrita.
- Interpretación y análisis de consignas, datos, situaciones problemáticas, etc.
- Construcción de argumentos fundados en los contenidos desarrollados hasta el momento.
- Presentación de alternativas para resolver situaciones problemáticas.
- Presentación en tiempo y forma
PALABRAS DE BIENVENIDA:Estudiantes del Colegio Secundario Cautivas Correntinas, le presentamos este 2do trabajo.
Deseamos que sean aprendizajes y enseñanzas provechosas que nos ayuden a mejorar.
DESARROLLO
Clase 1: TRANSPORTE A TRAVÉS DE LA MEMBRANA: ESTRUCTURA DE LA
MEMBRANA.
Membrana Plasmática
Todas las células contienen una membrana que separa y protege sus componentes químicos del medio extracelular. Cabe destacar que sin membranas no existirían las células, debido a que actúan como una barrera que impide que el contenido de la célula se escape y se mezcle con el exterior, además permite que ingresen nutrientes a la célula y se eliminen productos de desecho que son tóxicos para ellas. Las bacterias tienen una sola membrana, en cambio las células eucariontes poseen además numerosas membranas internas que encierran los compartimientos intracelulares formando los diversos organelos, como el núcleo, las mitocondrias y el aparato de Golgi. Estas membranas están formadas sobre los mismos principios que la membrana plasmática y también actúan como barrera selectiva. A continuación analizaremos la estructura química de la membrana celular.
Estructura de la membrana:
En 1972, S.T. Singer y G.L. Nicholson, propusieron un modelo de estructura de membranas que sintetizaba las propiedades conocidas de las membranas biológicas. Según este modelo del mosaico fluido, las membranas constan de una bicapa lipídica (esencialmente una doble capa de fosfolípidos) en la cual están inmersas diversas proteínas. Esta bicapa lipídica constituye la estructura básica de la membrana y actúa de barrera relativamente impermeable al paso de la mayoría de las moléculas hidrosolubles. Las moléculas proteicas, que normalmente se hallan “disueltas” en la bicapa lipídica, actúan como mediadores o facilitadores de casi todas las funciones de la membrana, ya sea transportando moléculas específicas a través de ella o catalizando reacciones asociadas a la membrana, como la síntesis de ATP.
Todas las membranas celulares están compuestas por lípidos y proteínas. Los lípidos están organizados en dos láminas íntimamente adosadas que conforman una bicapa lipídica. Esta bicapa proporciona la estructura básica de la membrana y actúa como barrera de permeabilidad (impermeable) para la mayoría de las moléculas hidrosolubles. Las proteínas llevan a cabo la mayoría de las otras funciones de la membrana y confieren características individuales a las distintas membranas.
Bicapa lipídica: Los lípidos más abundantes de las membranas celulares son los Fosfolìpidos, moléculas que se caracterizan por tener una cabeza hidrofílica unida al resto del lípido mediante un grupo fosfato y dos cadenas hidrocarbonadas largas que actúan como colas hidrofóbicas.
Las moléculas que poseen propiedades hidrofílicas e hidrofóbicas se denominan anfipáticas.
Las moléculas anfipáticas, como los fosfolípidos, están sujetas a dos fuerzas opuestas, la cabeza hidrofílica es atraída por el agua, mientras las colas hidrofóbicas rechazan el agua y tiende agregarse con otras moléculas hidrófobas. Este conflicto se resuelve con la formación de una bicapa lipídica, lo que satisface a ambas partes y es ventajoso desde la perspectiva energética. De esta forma las cabezas hidrofílicas quedan expuestas al agua en ambas superficies de la lámina de moléculas mientras que las colas hidrofóbicas quedan protegidas del agua y se ubican una junto a las otras en el interior.
La bicapa lipídica es un fluido bidimensional: El medio acuoso a ambos lados de la membrana celular impide que los lípidos se fuguen de la bicapa, sin embargo nada impide que estas moléculas se desplacen libremente e intercambien posiciones dentro de ella. Esto quiere decir que la membrana se comporta como un fluido bidimensional lo que es esencial para su funcionalidad e integridad.
La bicapa lipídica es asimétrica: esto quiere decir que presentan un aspecto muy diferente en la cara expuesta al interior (medio intracelular) que en la cara expuesta al exterior (medio extracelular). Las dos mitades de la bicapa con frecuencia muestran diferencias importantes en cuanto a la composición de los fosfolípidos y glucolípidos. Además, las proteínas embebidas en la bicapa tienen una orientación específica que es esencial para su función.
Los azúcares también contribuyen a la asimetría de la membrana plasmática, debido a que ellos se encuentran solo en la porción que limita con el medio extracelular, estos oligosacaridos pueden estar unidos a fosfolípidos o a proteínas de la membrana plasmática. Esta capa de hidratos de carbono, llamada glucocalix, contribuye a proteger la superficie de la célula de agresiones mecánicas y químicas, además desempeñan una función importante en los procesos de reconocimiento y adhesión entre las células.
Proteínas de membrana: La mayoría de las funciones de la membrana plasmática dependen de las proteínas. En los animales las proteínas constituyen alrededor del 50% de la masa total de la mayoría de las
membranas plasmáticas, mientras que el 50% restante está compuesto por lípidos y una cantidad relativamente pequeña de hidratos de carbono.
Además de transportar nutrientes, metabolitos y también iones, las proteínas de membrana cumplen con otras funciones.
Actividades:
1. ¿Cómo están formadas las membranas biológicas? ¿Qué nos indica el Modelo de Mosaico Fluido?
2. ¿Qué funciones cumple la membrana plasmática?
3. ¿Cuáles son las funciones de las proteínas en la membrana?
4. ¿Qué es y para qué sirve el glucocalix?
5. ¿Cómo está compuesto un fosfolípido? ¿Por qué se dice que es anfipático? ¿Qué provoca esto?
6. ¿Qué significa que la membrana plasmática sea semipermeable? ¿Por qué se dice que la membrana plasmática es asimétrica?
Clase 2: TRANSPORTE A TRAVÉS DE LA MEMBRANA
Las células viven y crecen mediante el intercambio de moléculas con el medio circundante y la membrana plasmática actúa como una barrera que controla el tránsito de moléculas hacia el interior y el exterior de la célula. Como el interior de la membrana (la bicapa lipídica) es hidrofóbico, la membrana tiende a bloquear el pasaje de casi todas las moléculas hidrosolubles (que se disuelven en agua). Las bicapas lipídica son impermeables a los solutos y a los iones: Podemos destacar que en general cuanto menor sea el tamaño de la molécula y mayor sea la solubilidad en aceite, es decir, cuanto más hidrófoba o no polar sea, mayor será su velocidad de difusión a través de la membrana. Por lo tanto:
Las moléculas no polares pequeñas como el O2 y el CO2, se disuelven con rapidez en la bicapa lipídica y por ende difunden con facilidad a través de ella, esto es fundamental para llevar a cabo la respiración celular (proceso de obtención de energía).
Las moléculas polares sin carga, también difunden con rapidez por la membrana siempre y cuando su tamaño sea pequeño. El agua y el etanol, atraviesan la membrana con relativa facilidad, el glicerol difunde con menor facilidad y la glucosa con mucha lentitud o no puede hacerlo.
Para los Iones y moléculas cargadas, las bicapas lipídicas son muy impermeables por más pequeñas que sean.Para conocer los diferentes tipos de transporte celular, debemos en primer lugar conocer y comprender el concepto de Gradiente de concentración:
Mecanismos de Transporte según el gradiente de concentración:
Transporte Pasivo:
Es aquel en que los solutos o sustancias que ingresan o salen de la célula, lo realizan a favor del gradiente de concentración o electroquímico, es decir, desde donde están más concentrados hacia donde están menos concentrados. A continuación observaremos los diferentes tipos de transporte pasivo, cabe destacar que ninguno de ellos gasta energía y busca alcanzar el equilibrio de solutos en ambos lados de la membrana (medio intracelular y extracelular).
Difusión Simple:
Cuando moléculas se mueven de un área de alta concentración (gran cantidad) a un área de baja concentración (menor cantidad), las moléculas fluyen hacia su gradiente de concentración. Este tipo de difusión procede sin una entrada de energía. Moléculas que son pequeñas y sin carga pueden esparcirse a través de la membrana celular. Simplemente fluyen a través de los fosfolípidos. La difusión simple no requiere energía ni necesita de asistencia de una proteína de transporte.
El oxígeno es una molécula que puede esparcirse libremente a través de la membrana celular. Por ejemplo, el oxígeno se dispersa fuera de sus sacos de aire en tus pulmones hacia tu torrente sanguíneo porque el oxígeno es más concentrado en tus pulmones que en la sangre. El oxígeno se mueve de la alta concentración de oxígeno en tus pulmones a la baja concentración de oxígeno en tu torrente sanguíneo.
A continuación analizaremos un tipo especial de transporte pasivo, llamado osmosis, el cual corresponde al transporte del agua desde una zona de mayor concentración a una zona de menor de menos concentración. Es importante mencionar que en la actualidad se sabe que el agua además de difundir lentamente por la bicapa de fosfolípidos, pueda atravesar la membrana por unas proteínas llamadas acuaporinas.
Según la cantidad de agua que presenta una célula, o el medio extracelular que la rodea, podemos encontrar 3 tipos de soluciones:
1. Solución Hipertónica: Es aquella que presenta una elevada concentración de soluto, respecto al solvente (agua).
2. Solución Isotónica: Es aquella que está equilibrada en cuanto a la concentración de soluto y el volumen del solvente.
3. Solución Hipotónica: Es aquella que presenta una pequeña cantidad de soluto, respecto al solvente.
A continuación analizaremos qué sucede con una célula animal (en este caso un glóbulo rojo) cuando se encuentra en un medio hipertónico, isotónico e hipotónico. En el primer caso, el glóbulo rojo, puede perder un elevado volumen de agua, lo que determina que se arrugue y quede con el aspecto de una pasa, este fenómeno recibe el nombre de Crenación. En el tercer caso, el Glóbulo rojo, recibirá un elevado volumen de agua, tanto que puede llegar a reventarse esta célula, este fenómeno se conoce como Hemólisis para un eritrocito (glóbulo rojo), sin embargo se llama citólisis para referirse a cualquier célula animal que sufra este fenómeno. El segundo caso es lo ideal para mantenernos saludables, el agua ingresará y también saldrá de la célula para mantener el equilibrio.
Difusión Facilitada:
A veces, las moléculas no pueden moverse a través de la membrana celular por sí mismas. Estas moléculas necesitan proteínas especiales de transporte para ayudarles a moverse a través de la membrana. Estas proteínas puede ser una proteína canal en el caso de los iones o una proteína transportadora o carrier en el caso por ejemplo de la glucosa y aminoácidos; están unidas a la membrana celular. De hecho, van a través de la membrana celular, desde el interior hasta el exterior de la célula. Los canales proteicos proveen un canal abierto o pasadizo a través de la membrana celular para que las moléculas se muevan. Muchos canales proteicos permiten la difusión de iones. Las proteínas de transporte amarran y llevan moléculas a través de la membrana celular. Estas proteínas amarran una molécula a un lado de la membrana, cambian de forma mientras llevan la molécula a través de la membrana, y depositan la molécula del otro lado de la membrana. Aunque una proteína está involucrada en ambos de estos métodos de transporte, ni uno de los dos requiere energía. Por lo tanto estos aún son
Actividades:
1.
¿Cuáles son las moléculas que pueden atravesar la membrana sin inconvenientes? Explique.2. ¿Cuáles son las moléculas que NO pueden atravesar la membrana plasmática? Explique.
3. ¿Qué características presentan los transportes pasivos?
4. ¿En qué se diferencia la difusión simple de la difusión facilitada?
5. ¿En qué se diferencia una proteína canal de un carrier?
6. ¿Qué es la osmosis?
Clase 3: Transporte activo.
Transporte en masa.
Transporte Activo:
Para transportar una sustancia en contra de un gradiente electroquímico o de concentración, la célula debe utilizar energía. Los mecanismos de transporte activo justamente hacen eso: gastan energía (a menudo en forma de ATP) para mantener las concentraciones correctas de iones y moléculas en las células vivas. De hecho, las células ocupan mucha de la energía obtenida en el metabolismo para mantener en funcionamiento los procesos de transporte activo. Por ejemplo, la mayoría de la energía de un glóbulo rojo se usa para mantener los niveles internos de sodio y potasio que difieren de los de su entorno.
Los mecanismos de transporte activo pueden dividirse en dos categorías. El transporte activo primario utiliza directamente una fuente de energía química (ATP) para mover las moléculas a través de una membrana contra su gradiente. Por otro lado, el transporte activo secundario (cotransporte) utiliza un gradiente electroquímico como fuente de energía para mover moléculas contra su gradiente y, por lo tanto, no necesita directamente una fuente de energía química, como el ATP. A continuación, veremos cada tipo de transporte activo con mayor detalle.
Transporte activo primario
Una de las bombas más importantes en las células animales es la bomba sodio-potasio, que transporta Na+ hacia afuera de las células y K+ hacia adentro de ellas. Dado que el proceso de transporte utiliza ATP como fuente de energía, se considera un ejemplo de transporte activo primario.
Transporte activo secundario
Los gradientes electroquímicos creados mediante transporte activo primario almacenan energía, que puede liberarse a medida que los iones se mueven otra vez por sus gradientes. El transporte activo secundario utiliza la energía almacenada en estos gradientes para mover otras sustancias contra sus propios gradientes.
Por ejemplo, supongamos que tenemos una alta concentración de iones de sodio en el espacio extracelular (gracias al gran esfuerzo de la bomba sodio-potasio). Si alguna ruta, como una proteína de canal o transportadora, está abierta, los iones de sodio se moverán por su gradiente de concentración y regresarán al interior de la célula.
En el transporte activo secundario, el movimiento de los iones de sodio a favor de su gradiente se acopla al transporte de otras sustancias en contra de su respectivo gradiente mediante una proteína transportadora
compartida (un cotransportador). Por ejemplo, en la siguiente figura, una proteína transportadora permite que los iones de sodio se muevan en el sentido de su gradiente, pero simultáneamente lleva una molécula de glucosa en contra de su gradiente y hacia la célula. La proteína transportadora utiliza la energía del gradiente de sodio para transportar moléculas de glucosa.
En el transporte activo secundario, las dos moléculas transportadas pueden moverse en la misma dirección (es decir, hacia la célula) o en direcciones opuestas (es decir, una hacia adentro y otra hacia fuera de la célula). Cuando se mueven en la misma dirección, la proteína que las transporta se llama simportador; si se mueven en direcciones opuestas, se llama antiportador.
TRANSPORTE EN MASA
Imagina que eres un macrófago: un glóbulo blanco despiadado que acecha, como ameba, entre los tejidos del cuerpo, en busca de patógenos, células moribundas y muertas y otras cosas indeseables. Cuando encuentras alguno de estos, tu tarea no es destruirlos, sino devorarlos por completo.
Esta aniquilación total parece un poco exagerada, pero tiene dos propósitos. Primero, recupera macromoléculas valiosas para que el cuerpo pueda volver a usarlas. Segundo, en el caso de organismos patógenos extraños, permite que el macrófago presente fragmentos del patógeno sobre su superficie, lo que alerta a otras células inmunitarias sobre su presencia y desencadena una respuesta inmunitaria.
Las células necesitan mecanismos de transporte en masa con los que pueden mover partículas grandes (o grandes cantidades de partículas más pequeñas) a través de la membrana celular. Estos mecanismos implican encerrar las sustancias que van a ser transportadas en sus propios globos pequeños de membrana que pueden desprenderse o fusionarse con la membrana plasmática para transportar la sustancia a través de ella. Por ejemplo, un macrófago engulle su cena de patógeno extendiendo sus protrusiones de membrana alrededor de ella y encerrándola en un globo de membrana llamado vacuola alimenticia (donde posteriormente será digerida).
Los macrófagos son un ejemplo impresionante de transporte en masa, y la mayoría de las células del cuerpo no engullen microorganismos enteros. Sin embargo, tienen mecanismos de transporte en masa de algún tipo. Estos mecanismos permiten a las células obtener nutrientes del ambiente, selectivamente
“agarrar” ciertas partículas del líquido extracelular o liberar moléculas de señalización para comunicarse con sus vecinos.
En la endocitosis, la célula incorpora materiales hacia su interior. La endocitosis es el proceso celular, por el que la célula mueve hacia su interior moléculas grandes o partículas, englobándolas en una invaginación de su membrana citoplasmática, formando una vesícula que luego se desprende de la membrana celular y se incorpora al citoplasma. Esta vesícula, llamada endosoma, luego se fusiona con un lisosoma que realizará la digestión del contenido vesicular. Existen dos procesos de endocitosis:
1. Pinocitosis: consiste en la ingestión de líquidos y solutos mediante pequeñas vesículas. En este tipo de endocitosis, la célula incorpora materiales disueltos. Algunos pliegues de la membrana plasmática engloban gotas de líquido, las cuales emergen en el citoplasma celular en forma de pequeñas vesículas. El contenido líquido de estas vesículas se libera lentamente en el citoplasma celular y las vesículas van disminuyendo poco a poco de tamaño, hasta el punto en que parecen desvanecerse.
2. Fagocitosis: consiste en la ingestión de grandes partículas sólidas (como bacterias o nutrientes) que se engloban en grandes vesículas (fagosomas) que se desprenden de la membrana celular. La fagocitosis es el mecanismo utilizado por leucocitos para ingerir partículas, incluso algunas tan grandes como una bacteria completa.
La exocitosis es el proceso celular por el cual las vesículas situadas en el citoplasma se fusionan con la membrana citoplasmática, liberando su contenido. En la exocitosis una célula expulsa productos de desecho o productos específicos de secreción (como hormonas, p. ej. insulina), mediante la fusión de una vesícula con la membrana plasmática de la célula.
Actividades:
1. ¿Qué características presenta el transporte activo?
2. ¿De dónde obtiene una célula la energía para el transporte activo?
3. ¿En qué se diferencia el transporte en masa, del trasporte mediado por bombas?
4. ¿Cómo pueda ingresar la glucosa a las células?
5. ¿En qué se diferencia el transporte Simporte del Antiporte?
6. Explique en qué consiste la fagocitosis y para qué sirve.
Clase 4: Difusión Simple: OSMOSIS. Experimentación.
Esta actividad la realizaremos en clase presencial cundo le corresponda a cada grupo. No deben traer ningún material para desarrollar la experiencia, los mismos serán proporcionados por el docente.
Solamente necesitarán papel y lápiz.
Analiza y discute con tus compañeros las siguientes preguntas:
- ¿Cómo crees que las células mantienen sus distintas formas y tamaños?
- ¿Cómo las células pueden alimentarse y excretar sus desechos al medio?
- ¿Qué composición podría tener el interior de la célula?
A continuación realizaremos un experimento para estudiar el comportamiento de las células de un
tejido vegetal frente a cambios del medio externo, en este caso la concentración de solutos.
Materiales:
Papa.
Cuchillo.
Sal.
Agua.
Vasos.
Pinzas.
Papel absorbente.
Lápiz.
Papel.
Procedimiento:
Utilizando un cuchillo cortar tres cuadritos de papa del mismo grosor y tamaño.
En una hoja dibuja el contorno de cada uno de los cuadrados de papa y asígnales un número a cada uno. Con una balanza, además, los pesamos.
Preparar 3 vasos rotulados (1, 2, 3) con 100 ml de agua con las siguientes soluciones:
1. Solamente 100 ml de agua sin sal. (Solución hipotónica) 2. Agregar 1 gr de sal a los 100 ml de agua (Solución isotónica) 3. Agregar 20 gr de sal a los 100 ml de agua (Solución hipertónica).
Revolver las soluciones hasta que la sal se disuelva completamente.
Coloca cada cuadro de papa en un vaso correspondiente asegurándote de que queden bien sumergidas.
Esperar 30 minutos.
Retira de las soluciones los cuadritos de papa con mucho cuidado, sécalas en un papel absorbente y compara su tamaño con los respectivos dibujos de sus contornos en el papel
Anota tus observaciones.
¿Qué ha sucedido con el tamaño de las papas en las distintas soluciones?
Construye una tabla para resumir tus observaciones.
SOLUCIÓN TAMAÑO INICIAL
>; <; = TAMAÑO FINAL
TIPO DE SOLUCIÓN
Tomando en cuenta que un gran porcentaje de la composición celular está compuesto por agua y que el tejido vegetal de la papa está compuesto por células, plantea hipótesis que expliquen este fenómeno.
Enviar todos los trabajos al correo que corresponda:
4° 1° y 4° 2°: [email protected] (Prof. Milton Alvarez Correa)
4° 3° y 4° 4°: [email protected] (Prof. María Eugenia Fleitas)
