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Biologa Celular BIO034Prof. Vernica Burzio Terico, 3 h semanalesObjetivos EspecficosUnidad I: Identificar e interrelacionar estructura y funcin de componentes celulares. Describir y analizar los principios bsicos de algunas de las metodologas: microscopa. Unidad II: Adquirir los conocimientos bsicos de gentica molecular: organizacin, conservacin y transmisin de la informacin gentica. Comprender los mecanismos elementales de regulacin de la expresin gentica.
Unidad III: Reconocer estructuras celulares, especialmente en clulas eucariontes, sus caractersticas y funciones. Analizar la relacin estructurafuncin en la clula. Identificar las fases del ciclo celular y sus caractersticas, mitosis y meiosis.
EvaluacinSe realizarn tres pruebas solemnes de seleccin mltiple (alternativas) que se ponderarn con el siguiente porcentaje: Primera Solemne 33,3% Segunda Solemne 33,3% Tercera Solemne 33,4% Nota Presentacin 100%
Recuperacin de Notas FaltantesLos alumnos que, por una causal debidamente justificada no asistieron a algunas de las pruebas solemnes, pueden recuperar la nota faltante con la nota de examen. La justificacin deber ser presentada al Departamento de Ciencias Biolgicas para su aprobacin (certificado mdico u otros).
Nota de presentacin y examen finalLa nota final del curso se obtendr segn las siguientes ponderaciones: Nota de presentacin: Nota de Examen: Nota Final. 70% 30% 100%
En este curso NO se aplica el Artculo 39 del Reglamento Universitario
Asistencia Obligatoria a clases: 75%
Bibliografa Sugerida: 1) Introduccin a la Biologa Celular. Alberts, Johnson, Lerois, Ralf y Walter, (1998) Garland Publishing, Inc. New York, London. 2) Molecular Biology of the Cell. Alberts, Bray, Lewis, Raff, Roberts & Watson. 3 Edicin, (1994) Garland Publishing, Inc. New York, London. 3) Biologa Celular y Molecular. De Robertis y de Robertis. 11 edicin, 2 impresin, (1988) El Ateneo, Buenos Aires. 4) Cell Biology, Structure, Biochemistry and Function. Scheeler & Bianchi, (1986) J. Wiley and Sons, New York.
organismo
rgano
tejido
Niveles de Organizacin Biolgica
clula
organelo
membranas y compartimientos suborganelares
ensamblajes de macromolculas
molculas pequeas y macromolculas
tomos
Clula: La unidad estructural y funcional de todos los seres vivos. Organismos Unicelulares: consisten de una sola clula (bacterias, protozoos) Organismos Multicelulares: formados por muchas clulas (animales, plantas)
Las clulas pueden tomar nutrientes del medio que las rodea, convertirlos en energa, llevar a cabo funciones especializadas y reproducirse. Cada clula posee sus propias instrucciones para realizar estas funciones.
Tipos de Clulas: Procariontes y EucariontesEUCARIONTESOrganismos Biolgicos PROCARIONTES
EucariontesNcleo Dimetro Citoesqueleto Si 10 100 mm Si
ProcariontesNo ~1mm No
Organelos (Membranas)Contenido de ADN (pb) Cromosomas
Si1 x 107 5 x 109 Mltiples molculas de DNA lineales
No1 5 x 106 Una molcula de DNA circular
LA CLULA PROCARIONTE
EUCARIONTES: La Clula Animal
EUCARIONTES: La Clula Vegetal
PRINCIPALES FUNCIONES DE ALGUNOS ORGANELOS DE LA CLULA EUCARIONTE:NUCLEO: Almacenamiento y expresin de material gnico
MITOCONDRIAS Y CLOROPLASTOS: Generacin de energaRETCULO ENDOPLASMICO: Sntesis de protenas y lpidos APARATO DE GOLGI: Distribucin de protenas y lpidos LISOSOMA: Eliminacin y reciclaje de desechos celulares MEMBRANA PLASMTICA: Importacin y exportacin de molculas, comunicacin y movimiento CITOESQUELETO: Organizacin del citoplasma, desplazamiento y soporte
TEJIDOS ANIMALES
Nube de Electrones (-)Orbitales electrnicos Protones (+)
Ncleo AtmicoNeutrones (0)
N Atmico = N de Protones = N de Electrones Peso Atmico = N Protones + N de Neutrones (e- son despreciables Ejemplo: Atomo de Nitrgeno (N): N atmico = 7 Peso atmico = 14
Molculas: dos o ms tomos iguales o diferentes se pueden combinarpara formar molculas Ejemplos: 2 tomos de hidrgeno 1 molcula de hidrgeno
1 tomo de oxgeno (O) y 2 tomos de hidrgeno (H) 1 molcula de H2O H
O H
Peso Atmico y Peso Molecular:1 tomo de Hidrgeno tiene peso atmico = 1 1 molcula de Hidrgeno tiene peso molecular = 1 + 1 = 2
1
1
El agua tiene peso molecular = 16 (O) + 1 + 1 = 18H
1
16
O H
1
Moles y Soluciones Molares:1 MOL de una sustancia es la cantidad en gramos equivalente a su peso molecular Ejemplos: Hidrgeno molecular: PM = 2 1 Mol = 2 gramos
H Agua: PM = 18 1 Mol = 18 gramos
O H
1 MOL de cualquier sustancia contiene 6 x 1023 molculas (Nmero de Avogadro)
Moles y Soluciones Molares:Una Solucin Molar contiene 1 Mol de una sustancia por cada litro de solucin: 1M = 1 Mol/litro Ejemplos: Glucosa: PM = 180
Solucin 1M de glucosa = 180 g/l de glucosaCloruro de Sodio (NaCl): PM = 58 Solucin 1M de NaCl = 58 g/l de NaCl
Ordenes de Magnitud:1 1 1 1 1 1 1 1 1 g = 1000 milgramos (mg) mg = 1000 microgramos (mg) mg = 1000 nanogramos (ng) ng = 1000 picogramos (pg) pg = 1000 femtogramos (fg) m = 1000 milmetros (mm) mm = 1000 micrometros (mm) mm = 1000 nanometros (nm) nm = 10 angstrom ()
Enlaces Qumicos
La Molcula de Hidrgeno: un ejemplo sencillo de formacin de enlaces covalentes.
Otros Ejemplos de Enlaces Covalentes:
El cloruro de Sodio (NaCl), un ejemplo de la formacin de un enlace inico
tomo de Sodio (Na)
tomo de Cloro (Cl)
In Sodio (Na+)
In Cloruro (Cl)
Enlaces de Hidrgeno:Los enlaces de hidrgeno (o puentes de hidrgeno) se forman cuando un tomo de hidrgeno queda entre 2 tomos que atraen electrones (generalmente oxgeno o nitrgeno). Son ms fuertes cuando los 3 tomos estn alineados
Fuerzas de Van der Waals A distancias muy cortas, 2 tomos muestran una fuerza de interaccin dbil debida a sus cargas elctricas fluctuantes
Tipo de Enlace
Longitud (nm)
Fuerza (kcal/mol) vaco en agua 90 90
Covalente No Covalente: Inico Hidrgeno Fuerzas De Van der Waals
0,15
0,25 0,30 0,35
80 4 0,1
3 1 0,1
El Agua: Un DIPOLO
Cada enlace O-H del agua es dipolar, un extremo del enlace es ligeramente positivo (d+) y el otro ligeramente negativo (d-).
regin electropositiva
regin electronegativa
Aunque la carga neta de la molcula de agua es 0, la distribucin de los electrones es asimtrica, por lo que el agua es una molcula polar.
Enlaces de Hidrgeno:
Debido a que estn polarizadas, dos molculas adyacentes de H2O pueden formar un enlace o puente de hidrgeno. Estos enlaces son ms fuertes cuando los tres tomos se encuentran en lnea recta.
Longitud de los enlaces Enlace de hidrgeno
Enlace de hidrgeno
Enlace covalente
Estructura Cristalina del Agua
Molculas Hidroflicas:Iones o molculas polares que se disuelven fcilmente en agua Su carga elctrica atrae las molculas de agua, las que forman Capas de Solvatacin a su alrededor.
Sustancias Polares: Urea Sus molculas forman enlaces de hidrgeno con las molculas de agua que la rodean
Molculas Hidroflicas:Iones o molculas polares que se disuelven fcilmente en agua Su carga elctrica atrae las molculas de agua, las que forman Capas de Solvatacin a su alrededor.
dddNa+ d-
d+ dd+ Cld+ d+ d+
d+
d-
Sustancias Inicas: Cloruro de Sodio (NaCl) Se disuelven porque las molculas de agua son atraidas por las cargas positiva (Na+) y negativa (Cl-) de los iones
Molculas Hidrofbicas:Interrumpen la red de enlaces de hidrgeno del agua ya que no forman interacciones favorables con ella. Son insolubles en agua.
Sustancias Hidrofbicas: Hidrocarburos Contienen muchos enlaces C-H, que son hidrofbicos
Fuerzas Hidrofbicas:El agua fuerza los grupos hidrofbicos a interaccionar entre s para minimizar la interrupcin de la red de enlaces de hidrgeno del agua
El Agua como Solvente:
Muchas sustancias, como el azcar, se disuelven en agua y cada una de sus molculas son rodeadas por agua. De esta manera se forma una solucin, donde la sustancia disuelta es el soluto y el lquido que produce la disolucin (en este caso, el agua) es el solvente. El agua es excelente solvente por sus propiedades polares.
disolucin del azcar
Molcula de agua Cristal de azcar molcula de azcar
El Agua como Solvente: disolucin de un compuesto inicoLos hidrgenos de la molcula de agua son parcialmente positivos y atraen los iones con carga negativa
El oxgeno de la molcula de agua es parcialmente negativo y atrae los iones con carga positiva
Acidos:
Sustancias que liberan iones hidrgeno en solucin. Los cidos fuertes se disocian completamente en solucin. HClAcido Clorhdrico (cido fuerte)
H+in hidrgeno
+
Clin cloruro
Muchos de los cidos presentes en la clula se disocian parcialmente, por lo que son cidos dbiles. Por ejemplo, el grupo carboxilo (COOH) se disocia dando un in hidrgeno en solucin. O C OHcido dbilNtese que es una reaccin reversible
O H+ + C Oin hidrgeno
Bases:
Sustancias que reducen el nmero de iones hidrgeno de la solucin. Algunas bases, como el amonio, se combinan directamente con los iones hidrgeno.Amonaco
NH3
+
H+in hidrgeno
in amonio
NH4+
Otras bases, como el hidrxido de sodio, reducen el nmero de iones H+ indirectamente, al generar iones OH- que se combinan con los iones H+, formando H2O. NaOH Na+ + OHHidrxido de sodio (base fuerte) in sodio in hidroxilo
Muchas de las bases que estn en la clula se disocian parcialmente, por lo que se denominan bases dbiles. As sucede con los compuestos que tienen un grupo amino (NH2), que acepta dbil y reversiblemente un in H+ del agua, aumentando los iones OH- libres.
NH2
+
H+
NH3+
Ionizacin del Agua:
Los iones hidrgeno (H+) se pueden mover espontneamente de una molcula de agua a otra, creando dos especies inicas.
in hidronio (el agua actuando como base dbil)
in hidroxilo (el agua actuando como cido dbil)
Tambin expresado como:in hidrgeno in hidroxilo
para el agua pura:
[H+] = [OH-] = 10-7 M
POTENCIAL HIDRGENO
(pH)
Para soluciones alcalinas: pH = 14 - pOH
Geomtra de Enlaces covalentes:
oxgeno nitrgeno carbono
agua (H2O)propano (CH3CH2CH3)
Comparacin entre Enlaces Simples y Dobles:
etano
eteno
Compuestos C-H:
Juntos, el carbono y el hidrgeno forman compuestos o grupos estables, llamados hidrocarburos. Son grupos no polares, no forman enlaces de hidrgeno y son generalmente insolubles en agua
metano
grupo metilo
etano
grupo etilo
parte de la cola hidrocarbonada de una molcula de cido graso
Compuestos C-O:
alcohol aldehdo
El -OH recibe el nombre de grupo hidroxilo
El C=O recibe el nombre de grupo carbonilo cetona
cido carboxlico
El -COOH recibe el nombre de grupo carboxilo. En el agua se encuentra ionizado COO-.
steres: formados por la combinacin de un cido y un alcohol.
cido
alcohol
ster
Compuestos C-N: Las aminas en el agua se combinan con un H+ y adquieren una carga positiva
Las amidas se forman al combinar un cido y una amina. Las amidas no tienen carga en el agua. Un ejemplo es el enlace peptdico que une a los aminocidos en las protenas.
cido
amina
amida
El nitrgeno tambin forma parte de diversos compuestos cclicos, incluyendo importantes constituyentes de cidos nucleicos: las purinas y las pirimidinas
citosina (una pirimidina)
Fosfatos:Los fosfatos inorgnicos (Pi) son iones estables formados a partir del cido fosfrico, H3PO4. Los steres de fosfato se pueden formar entre un fosfato y un grupo hidroxilo libre. Los grupos fosfato se encuentran unidos de esta manera a las protenas.tambin se representa como
La combinacin de un fosfato y un grupo carboxilo o dos o ms grupos fosfato, da lugar a un cido anhdridoen algunos metabolitos se encuentran enlaces acil fosfato de alta energa (cido carboxlico-fosfrico anhidro
tambin se representa como
el fosfoanhdrido, un enlace de alta energa, se encuentra en molculas como el ATP
tambin se representa como