MA I N N T T E R M E
R A G O R P
D I O
C I E N
S C I A C I A S B Á S I
Guía Membrana celular
A continuación, continuación, se presentan los siguientes ejercicios, de los cuales cuales sugerimos responder responder el máximo posible y luego, junto a tu profesor(a), revisar detalladamente las preguntas más representativas, correspondientes a cada grado de dicultad estimada. Solicita a tu profesor(a) que resuelva aquellos ejercicios que te hayan resultado más complejos.
Ejercicios PSU 1.
Respecto a la membrana plasmática, es correcto armar que A) B) C) D) E)
2.
Una sustancia podrá atravesar directamente la bicapa de fosfolípidos solo si A) B) C) D) E)
3.
no es selectiva al paso de moléculas. está constituida por una bicapa lipídica. tanto su cara externa como interna son iguales. solo presenta proteínas intrínsecas. el transporte de sustancias se lleva a cabo solo en presencia de ATP. TP.
es de carácter polar. posee carga eléctrica. es de naturaleza lipídica. tiene pequeño tamaño molecular. corresponde a una molécula orgánica.
Una sustancia que se moviliza entre el interior y exterior de la célula lo puede hacer a través I) II) III)
de la bicapa de fosfolípidos. de las proteínas de membrana. del colesterol de la membrana.
Es (son) correcta(s) 1 V 7 1 A 1 3 B C 9 3 0 S E C I U G
A) B) C) D) E)
solo I. solo II. solo III. solo I y II. I, II y III.
Cpech
1
Ciencias Básicas Biología 4.
¿Qué característica característi ca debe presentar una sustancia para ingresar a una célula por transporte activo en masa? A) B) C) D) E)
5.
En relación con el transporte activo, es correcto señalar que A) B) C) D) E)
6.
ocurre a favor del gradiente de concentración. ocurre a favor del gradiente de electrones. ocurre a través de proteínas llamadas ATPasas. es una forma de difusión facilitada. proporciona energía.
La diferencia fundamental entre transporte pasivo y transporte activo de sustancias a través de la membrana radica en que en el transporte activo existe A) B) C) D) E)
7.
No utilizar ATP para su ingreso. Un gran peso molecular o volumen. Estar en mayor concentración dentro de la célula. Moverse en contra del gradiente de concentración. Poseer receptores especícos en la membrana de la célula.
diferencia de concentración. diferencia de temperatura. cinética cin ética molecular. gasto de energía. gradiente electroquímico. electroquími co.
La permeabilidad de una membrana depende de(l) I) II) III)
la naturaleza química de la membrana. tamaño de los poros. la naturaleza química de las sustancias a transportar.
Es (son) correcta(s) A) B) C) D) E)
2
Cpech
solo I. solo III. solo I y II. solo II y III. I, II y III.
GUÍA 8.
El modelo de mosaico uido de la membrana celular tiene como característica característi ca ser asimétrico, asimétric o, lo cual implica que A) B) C) D) E)
9.
De acuerdo a la siguiente situación: “Una sustancia X posee carga eléctrica y logra ingresar a la célula a favor de su gradiente de concentración”, ¿qué fenómeno de transporte se pone de maniesto? A) B) C) D) E)
10.
Difusión simple Transporte activo Transporte en masa Transporte a través de canales iónicos Transporte a través de proteínas carrier
El transporte activo de solutos de bajo peso molecular y la difusión facilitada comparten algunas características. En relación con esto, ¿cuál de las siguientes opciones es correcta? A) B) C) D) E)
11.
la membrana está formada por dos monocapas iguales. la membrana está formada por dos caras que presentan diferencias en su composición. los componentes de la membrana se representan igualmente a ambos lados de la bicapa lipídica. los componentes proteicos de la membrana se pueden desplazar dentro de ella. las proteínas cruzan la membrana de lado a lado.
Utilizan canales iónicos. Utilizan una proteína transportadora. transportadora . Dependen de forma directa del ATP. Ocurren en contra de un gradiente de concentración. La concentración de la sustancia a transportar es mayor en el interior de la célula.
Un investigador compara los resultados obtenidos en un experimento, en el que se ponen protozoos en soluciones a distintas concentraciones. Al poner un protozoo en una solución 1, este muere por deshidratación, y al poner otro en una solución 2, este sobrevive y mantiene su forma celular. De acuerdo a estos resultados, es correcto armar que A) B) C) D) E)
las soluciones soluciones 1 y 2 son isotónicas isotónicas con respecto al protozoo. protozoo. la solución 1 es hipertónica con respecto al protozoo. la solución 2 es hipertónica con respecto al protozoo. la solución 1 es hipotónica con respecto al protozoo. la solución 2 es hipotónica con respecto al protozoo.
Cpech
3
Ciencias Básicas Biología 12. 12.
Se sumerge una célula animal en una solución hipertónica. Después de un tiempo, la célula cambia su morfología, producto del ujo de agua entre el medio extracelular e intracelular, hasta alcanzar el equilibrio. El fenómeno descrito se denomina A) B) C) D) E)
13.
¿Qué apariencia adquieren las células vegetales cuando hay un ingreso masivo de agua desde el medio extracelular hacia el intracelular? A) B) C) D) E)
14.
4
Cpech
Plasmolizadas Normales Turgentes Crenadas Citolizadas
En su porción lipídica, la membrana plasmática es atravesada a favor del gradiente de concentración concentración por A) B) C) D) E)
15.
turgencia. citólisis. plasmólisis. crenación. gemación.
moléculas pequeñas sin carga eléctrica, como el oxígeno y el nitrógeno. pequeños iones, como Na + y K+. monosacáridos, como la glucosa y galactosa. disacáridos, como la sacarosa y maltosa. aminoácidos.
Respecto a la membrana celular, es correcto que I) II) III)
mantiene una heterogeneidad entre el medio intracelular intracelul ar y extracelular. posee receptores para distintas señales químicas. puede establecer conexiones con células vecinas.
A) B) C) D) E)
Solo I Solo II Solo III Solo I y II I, II y III
GUÍA 16.
Considerando la siguiente secuencia de pasos experimentales: 1. 2. 3.
Inhibición de los transportadores de membrana. Inhibición de la formación de ATP. TP. Aumento de la concentración extracelular de una sustancia de interés y posterior medición del ingreso de la sustancia.
¿Cuál(es) es(son) necesario(s) para probar que la sustancia de interés ingresa a la célula por difusión simple? A) B) C) D) E)
17.
Solo 1 Solo 2 Solo 1 y 3 Solo 2 y 3 1, 2 y 3
El siguiente gráco muestra el efecto de un inhibidor de la síntesis de ATP sobre el transporte de sodio (Na): Administración inhibidor de la síntesis de ATP ) . a . u ( a N e d e t r o p s n a r T
Administración de ATP ATP al medio extracelular 1
2
Administración de ATP ATP al medio intracelular 3
4
Tiempo (h)
Respecto al gráco, es correcto inferir que A) B) C) D) E)
el sodio se transporta pasivamente. la inyección extracelular de ATP repone el transporte de sodio. la proteína transportadora involucrada utiliza ATP intracelularmente. intracelular mente. el inhibidor de la síntesis de ATP no afecta el transporte de Na. el transporte de Na es más rápido cuando se administra ATP extracelularmente. extracelular mente.
Cpech
5
Ciencias Básicas Biología 18. 18.
En un recipiente separado en dos compartimentos por una membrana semipermeable, existen dos disoluciones de sacarosa con distintas concentraciones, como se muestra en la imagen:
Baja concentración de sacarosa
Alta concentración de sacarosa
Y
X
Para alcanzar el equilibrio, A) B) C) D) E)
19. 19.
el agua pasa de la solución Y a la X. el agua pasa de la solución X a la Y. la sacarosa pasa de la solución X a la Y. la sacarosa pasa de la solución Y a la X. el agua y la sacarosa pasan de Y a X.
El siguiente gráco se obtuvo en un estudio sobre el ingreso de glucosa en hepatocitos a través del tiempo: Glucosa extracelular (g/mL)
Tiempo (min)
A partir de los resultados del gráco, es correcto inferir A) B) C) D) E)
6
Cpech
una disminución gradual en la concentración de glucosa extracelular. un aumento en la concentración de glucosa intracelular. intracelul ar. una disminución en la concentración de la glucosa intracelular. un aumento de la concentración de glucosa extracelular. una mantención de la concentración de la glucosa intracelular. intracelul ar.
GUÍA 20.
El movimiento movimiento de agua a través de la membrana celular celular depende de la diferencia de concentración concentración de solutos de los medios intra y extracelular. El agua siempre tenderá a movilizarse hacia la zona en donde haya mayor concentración de solutos. A continuación se esquematiza el movimiento de agua desde y hacia una célula animal, la cual está inmersa en tres medios distintos: Disolución 1
Disolución 2
Disolución 3
H2O H2O
Célula
Célula
H2O
Célula
H2O
A partir de la información, es correcto inferir que A) B) C) D) E)
21.
la disolución 3 tiene menor concentración de solutos que el medio intracelular, intracelular, por lo que hay menor ujo de agua hacia la célula. la disolución 1 tiene menor concentración de solutos que el medio intracelular, provocando la deshidratación y muerte de la célula. la disolución 2 tiene mayor concentración de solutos que el medio intracelular, por lo que tiende a salir mayor cantidad de agua desde la célula. en la disolución 2, la concentración de solutos al interior de la célula es menor que la del exterior. en la disolución 1, la concentración de solutos al interior de la célula es inferior que la del exterior.
La diferencia en las respuestas siol ógicas de distintos tipos celulares a moléculas que entran en contacto con sus membranas reside en A) B) C) D) E)
los fosfolípidos. fosfolípidos. el colesterol. los carbohidratos. las proteínas. el glucocálix.
Cpech
7
Ciencias Básicas Biología 22.
La imagen muestra la técnica técnica de la microinyección, microinyección, que consiste consiste en insertar el el núcleo de una célula en el citoplasma de otra:
Archivo Cpech
¿Qué característica característi ca de la membrana celular permite este hecho? A) B) C) D) E)
8
Cpech
La inclusión de proteínas intrínsecas. Su rigidez, dada por los fosfolípidos. Comportarse más como líquido que como sólido. La estructura de mosaico, dada por las proteínas. Su uidez, dada por el colesterol entre los fosfolípidos.
GUÍA 23.
Las guras 1 y 2 representan dos procesos de transporte a través de la membrana:
1
2
Fluido extracelular
Glóbulo blanco
Seudópodo
Bacteria
Citoplasma
¿Qué características pueden tener las sustancias para ser movilizadas por uno u otro tipo de transporte? Figura 1 I)
Figura 2
Fluidos orgánicos
Gran tamaño molecular
II II)
Gran tamaño molecular
Pequeño tamaño molecular
III)
Sustancias disueltas
Microorganismo ingerido
A) B) C) D) E)
Solo I Solo II Solo III Solo I y II Solo I y III
Cpech
9
Ciencias Básicas Biología 24.
Se realiza un experimento para investigar la velocidad con que dos sustancias atraviesan una membrana celular. Los resultados se representan en el siguiente gráco: e t r o p s n a r t
e d d a d i c o l e V
1
2
Gradiente de concentración
¿Cuál ¿Cuál las las siguientes armaciones respecto al experimento es correcta? A) B) C) D) E)
10
Cpech
Las sustancias 1 y 2 son igualmente solubles en agua. Tanto 1 como 2 son apolares. Tanto 1 como 2 poseen carga eléctrica. La sustancia 1 es polar y 2 apolar. Es posible que 1 sea glucosa.
GUÍA 25.
Una serie de investigaciones han permitido determinar que el veneno de algunos organismos, como la araña ermitaña café y la serpiente de cascabel, provocan muerte celular debido a la presencia de una enzima de acción lipolítica (degrada lípidos), ya que las células de nuestro organismo presentan una membrana plasmática de origen lipoproteico. El siguiente esquema representa do s vías de acción del veneno: Vía de Célula normal
acción del veneno 2
Vía de acción del veneno 1
Degradación de la membrana celular
Macrófago Muerte celular por necrosis
Muerte celular programada por apoptosis
Según la información, ¿cuál de las siguientes armaciones es correcta? A) B) C) D) E)
En ambas vías actúan las enzimas lipolíticas. lipolític as. En la vía 1, la enzima produce su acción lipolítica. lipolític a. La apoptosis es producto de la acción lipolítica lipolíti ca de las enzimas del veneno. En la vía 2, el macrófago es estimulado por la enzima para atacar a la célula. Se puede deducir que esta enzima afecta a las proteínas y lípidos de membrana.
Cpech
11
Ciencias Básicas Biología
Tabla de corrección
Ítem
12
Cpech
Alternativa
Ha Habilidad
Dicultad estimada
1
Reconocimiento
Fácil
2
Comprensión
Fácil
3
Reconocimiento
Fácil
4
Reconocimiento
Fácil
5
Reconocimiento
Media
6
Comprensión
Media
7
Comprensión
Media
8
Reconocimiento
Media
9
Comprensión
Media
10
Comprensión
Media
11
Aplicación
Media
12
Comprensión
Media
13
Comprensión
Media
14
Reconocimiento
Media
15
Reconocimiento
Media
16
ASE
Media
17
ASE
Media
18
Comprensión
Media
19
ASE
Media
20
ASE
Media
21
Reconocimiento
Media
22
ASE
Difícil
23
ASE
Difícil
24
ASE
Difícil
25
ASE
Difícil
GUÍA
Resumen de contenidos
1. Membrana celular La célula, tanto en el ámbito unicelular como pluricelular, está altamente relacionada con su medioambiente, con el cual intercambia sustancias. Esta debe tomar de su medio materiales para obtener energía, construir su propio protoplasma, reparar estructuras, etc., lo cual se logra transportando diferentes solutos y/o solventes a través de la membrana. La membrana constituye el límite celular a través del cual se regula el paso de sustancias de manera diferenciada, pues la dirección del transporte depende del tamaño, carga eléctrica y concentración (dentro y fuera de la célula) de la molécula a transportar. Por medio de la membrana también se reconocen señales externas, se identifica una célula y se unen células que conforman un tejido.
1.2 Estructura de la membrana celular La membrana celular o plasmática está formada por moléculas orgánicas, las cuales son fosfolípidos y proteínas como estructuras claves y que están presentes en todas las células. Para otras moléculas, se encuentran diferencias entre células eucariontes vegetales y animales, así como también en células procariontes. Modelo de mosaico uido (Singer y Nicholson, 1972) Glucoproteína Glucolípido Colesterol
Carbohidratos
Bicapa de fosfolípidos
Proteína integral
Proteína periférica
Filamentos del citoesqueleto
Citoplasma
La membrana es una unidad fluida y dinámica; características que están dadas por sus componentes: • Fosfolípidos: son la base de la membrana, se ubican estableciendo una bicapa con los extremos hidrofílicos (polares) hacia los bordes de la membrana (extracelular e intracelular), y los extremos hidrofóbicos (apolares) hacia el centro de esta. Otorgan fluidez a la membrana, permitiendo el paso de sustancias apolares y de pequeño peso molecular.
Cpech
13
Ciencias Básicas Biología • Proteínas de membrana: están insertas en la bicapa fosfolipídica, y según su distribución se las clasifica como: • •
Intrínsecas (integrales): (integrales) : cruzan toda la membrana. Son anfipáticas. Extrínsecas (periféricas): (periféricas) : se adhieren a la membrana por un solo lado, externo o interno.
Permiten el paso de sustancias polares y apolares de mayor tamaño, son receptores de sustancias tales como hormonas y neurotransmisores, enzimas como la adenilciclasa, de unión con otras células para formar tejidos y, además, funcionan como proteínas estructurales de anclaje uniéndose al citoesqueleto.
• Colesterol: se ubica entre los fosfolípidos, por debajo de las cabezas polares de estos. Otorga rigidez a la membrana y una barrera al flujo de moléculas grandes o polares.
• Glúcidos: se ubican solo hacia el borde extracelular de la membrana, formando el glicocálix. Le aportan asimetría a la membrana y permiten el reconocimiento reconocimient o celular.
1.2 Gradiente de concentración Corresponde a la diferencia de concentración de una determinada sustancia a ambos lados de una membrana. El movimiento que tenga una sustancia en relación con este gradiente determina si el mecanismo de transporte requiere un gasto de energía por parte de la célula.
Tipo de transporte
Gradiente de concentración
Gasto de
Pasivo
A favor (A)
Sin gasto
A
Activo
En contra (B)
Con gasto
Medio intracelular
energía
Medio extracelular Membrana celular
1.3 Tipos de transporte • Transporte pasivo (Figura 3): a. Difusión simple: simple: paso de sustancias a través de la bicapa de fosfolípidos (A). b. Difusión facilitada: facilitada : paso de sustancia a través de las proteínas de membrana (B). Existen dos tipos de proteínas de membrana, los canales iónicos (C) y los carriers (D). + +
A
+ +
+
C
D B
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B
GUÍA c. Osmosis: Osmosis: paso de agua a través de una membrana semipermeable. Se trata de un transporte pasivo, por lo que ocurre a favor del gradiente gr adiente de concentración, sin s in gasto de energía. Si bien una pequeña cantidad de agua puede atravesar directamente la bicapa lipídica, la mayor parte del transporte ocurre a través de proteínas llamadas acuaporinas.
A
B Movimiento neto del agua
1000 mL H2O 1000 mL H2O 10 g NaCl
Conceptos Solución
isotónica
Solución
hipertónica
Solución
hipotónica
20 g NaCl
Denición
Flujo de agua
Efecto de la osmosis en la célula
Es aquella solución que, comparada con otra, tiene la misma proporción de soluto, es decir, la misma concentración.
Se mantiene constante Las células no experimentan entre el medio ningún cambio. cambio. extracelular y el medio intracelular.
Es aquella solución que, comparada con otra, tiene una mayor proporción de solutos (menor proporción de agua), por lo tanto, está más concentrada.
Hay un ujo neto de agua desde el medio intracelular al medio extracelular.
Es aquella solución que, comparada con otra, tiene una menor proporción de solutos (mayor proporción de agua), por lo tanto, está menos concentrada.
Hay un ujo neto de agua desde el medio extracelular al medio intracelular.
Las células pierden agua, generando el fenómeno de crenación (deshidratación) en células animales, y de plasmólisis en células vegetales.
Las células animales comienzan
a hidratarse, generándose el fenómeno de citólisis (ruptura celular). Las células vegetales se llenan de agua, la que se almacena en la vacuola central, con lo que alcanzan una máxima presión interna denominada presión de turgencia. turgencia. Estas no se revientan por la presencia de la pared celular.
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Ciencias Básicas Biología • Transporte Transporte activo a. Bomba Na+ y K+: transporta sodio (Na +) hacia el exterior de la célula célul a y potasio (K +) hacia el interior, manteniendo un gradiente de estos iones a través de la membrana. Como ocurre en contra del gradiente de concentración, concentrac ión, requiere requi ere ATP ATP.. b. Transporte en masa: se requiere cuando las moléculas son grandes o se transportan en gran cantidad. i. Endocitosis: corresponde al proceso de incorporación de sustancias a la célula, para lo cual la membrana forma una depresión que luego invagina para formar una vesícula, que ingresa al citoplasma. Hay dos tipos de endocitosis, la pinocitosis y fagocitosis. ii. Exocitosis: la sustancia es transportada al exterior de la célula por medio de vesículas de secreción, que van hacia la membrana y se fusionan con ella, expulsando su contenido. Gradiente de concentración de sodio
Gradiente de concentración de potasio 3Na+
Centro de unión del K+
CITOSOL Centro de unión del Na+ ATP
ADP + P 2K+
Bomba de Na+ y K+
Medio extracelular
Citoplasma
Vacuola
Endocitosis por fagocitosis
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GUÍA c. Transporte activo secundario o cotransporte: utiliza un gradiente electroquímico generado por transporte activo para mover sustancias en contra de su gradiente de concentración. Por lo tanto, se movilizan dos sustancias a la vez, una en contra y otra a favor del gradiente de concentración y no se utiliza una fuente directa de energía química como el ATP. Dependiendo de la dirección del transporte, se pueden distinguir dos tipos: i. Simporte: se movilizan dos sustancias en la misma dirección. ii. Antiporte: se moviliza una sustancia hacia el medio intracelular intracelul ar y otra hacia el medio extracelular.
1.5 Adaptaciones celulares
Componente
Características y/o funciones
Microvellosidad
Expansión de citoplasma y membrana plasmática que se encarga de aumentar la supercie de absorción de la célula.
Cilios y agelos
Extensiones de la membrana con estructura microtubular que se encargan del movimiento celular (agelos) y limpieza de supercies (cilios).
Desmosoma
Es un tipo de unión adherente, formada por una placa adherida a la cara interna de la membrana celular de dos células adyacentes. En esta placa se insertan numerosos lamentos intermedios.
Zónula adherente
Es un tipo de unión adherente, en la que dos células v ecinas se encuentran unidas a través de una placa proteica que se asocia a los microlamentos de actina de sus citoesqueletos.
Zónula oclusiva
Es una banda continua alrededor de la porción apical de algunas células epiteliales, que impide total o parcialmente el tránsito de iones o moléculas entre las células.
Unión en hendidura (gap junction)
Canal proteico intercelular que establece comunicación entre las células permitiendo el intercambio de iones y pequeñas moléculas.
Cpech
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Ciencias Básicas Biología
íntesis Estrategia de s ín A partir de los conceptos trabajados en esta clase, construye un mapa conceptual de los tipos de transporte a través de membrana.
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Cpech
GUÍA
Mis apuntes
Cpech
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_____________________________________________________ Han colaborado en esta edición: Directora Académica Académica Paulina Núñez Lagos Directora de Desarrollo Desarrollo Académico e Innovación Institucional Institucional Katherine González Terceros Equipo Editorial Editorial Karla Hernández Quijada Claudia Tapia Silva Marcela Cárdenas Barrera Equipo Gráfco y Diagramación Diagramación Vania Muñoz Díaz Tania Muñoz Romero Elizabeth Rojas Alarcón Equipo de Corrección Corrección Idiomática Paula Santander Aguirre Imágenes Banco Archivo Cpech
El grupo Editorial Cpech ha puesto su esfuerzo en obtener los permisos correspondientes para utilizar las distintas obras con copyright que aparecen en esta publicación. En caso de presentarse alguna omisión o error, será enmendado en las siguientes ediciones a través de las inclusiones o correcciones necesarias.
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