Efecto de Inhibidores Procarióticos en Células Eucariotas

Pregunta y Razonamiento sobre Síntesis de Proteínas y Respiración Celular

Si en un cultivo de células eucarióticas animales se introduce un inhibidor de la síntesis de ribosomas de células procarióticas, ¿podrán las células cultivadas sintetizar proteínas? ¿Podrán esas células realizar la respiración celular? Razone las respuestas.

  • Síntesis de proteínas: Las células cultivadas mantendrán sus ribosomas citoplasmáticos intactos, ya que los ribosomas eucarióticos (80S) son diferentes de los procarióticos (70S). Por lo tanto, podrán seguir sintetizando proteínas.
  • Respiración celular: Los ribosomas mitocondriales (70S), que son similares a los de las bacterias, se verán afectados. Esto podría comprometer la funcionalidad de las mitocondrias y, por ende, la respiración celular.

a) Identificación y Funciones de Orgánulos (A y B) [0,2 + 0,8]

Identifique los orgánulos A y B. Indique dos funciones del orgánulo A y dos del orgánulo B.

  • A: Retículo Endoplasmático Rugoso (RER).
  • B: Complejo de Golgi.
Funciones:
  • RER: Síntesis, modificación y/o almacenamiento de proteínas (solo dos funciones).
  • Complejo de Golgi: Glucosilación de lípidos y proteínas, maduración de proteínas, embalaje de productos de secreción (solo dos funciones).

b) Estructura y Procesos (Orgánulo B y Proceso C) [0,5 + 0,1 + 0,4]

Describa la estructura del orgánulo B, identificando los elementos 1 y 2. ¿Qué proceso celular se señala con la letra C? Explique la relación funcional entre las estructuras señaladas con las letras A, B y C.

Estructura del Complejo de Golgi (B):

Formado por cisternas de membrana apiladas (dictiosomas). Presenta una cara cis (próxima al RER) a la que llegan las vesículas de transferencia (1) procedentes del RER; y una cara trans (distal), donde se forman las vesículas de secreción (2).

Proceso C:

Exocitosis (secreción) [0,1 punto].

Relación Funcional (A, B y C) [0,4 puntos]:

En el RER (A) se produce la síntesis y modificación de proteínas. Estas se almacenan en vesículas de transferencia (transporte) y se envían al Complejo de Golgi (B). En el Golgi, las proteínas sufren maduración y distribución, siendo almacenadas finalmente en vesículas de secreción, que se dirigen a la membrana plasmática para su liberación al exterior mediante la Exocitosis (C).

Estructura, Funciones y Destino de las Vesículas del Aparato de Golgi

Descripción del Aparato de Golgi [1]

El aparato de Golgi está formado por cisternas apiladas (dictiosomas). Presenta una cara proximal o cis, próxima al Retículo Endoplasmático Rugoso, y una cara distal o trans, opuesta a la anterior. Próximas a la cara cis se encuentran las vesículas de transición y a la cara trans las vesículas de secreción.

Funciones Principales [0,5]

Enumere dos de sus funciones:

  • Maduración y transferencia de proteínas.
  • Glucosilación de lípidos y proteínas.
  • Embalaje de productos de secreción.

Contenido y Destino de las Vesículas [0,5]

  • Contenido de las vesículas: Proteínas modificadas.
  • Destino de las vesículas: Membrana plasmática, medio extracelular o lisosomas.

Comparativa de Orgánulos Energéticos: Mitocondria y Cloroplasto

a) Identificación y Estructura [0,2 + 0,8]

Identifique los orgánulos A y B. Indique el nombre de los elementos señalados del 1 al 8.

  • A: Mitocondria.
  • B: Cloroplasto.
Estructuras Identificadas:
  1. ADN mitocondrial.
  2. Matriz mitocondrial.
  3. Membrana mitocondrial externa.
  4. Membrana mitocondrial interna.
  5. Crestas mitocondriales.
  6. Estroma (del cloroplasto).
  7. Tilacoide.
  8. Grana (conjunto de tilacoides).

b) Localización, Función y Metabolismo [0,2 + 0,2 + 0,3 + 0,2]

Indique la localización celular, la función principal, el producto común y específico, y el tipo de metabolismo propio de cada uno.

  • A (Mitocondria): Células animales y vegetales. Función: Respiración celular. Producto específico: CO₂, NADH, H₂O. Metabolismo: Catabolismo.
  • B (Cloroplasto): Células vegetales fotosintéticas. Función: Fotosíntesis. Producto específico: O₂, NADPH, Glucosa. Metabolismo: Anabolismo.
  • Producto común: ATP.

Procesos de Transporte de Membrana y el Complejo de Golgi

a) Procesos y Orgánulos [0,3 + 0,5 + 0,2]

Nombre los procesos señalados con las letras A, B y C. ¿Qué diferencias hay entre los procesos B y C? ¿Cómo se llaman los orgánulos señalados con los números 1 y 2?

  1. Procesos:
    • A: Pinocitosis.
    • B: Fagocitosis o Endocitosis.
    • C: Secreción o Exocitosis.
  2. Diferencias entre B y C:
    • B (Endocitosis): Entrada de fluidos o partículas en la célula a través de vesículas.
    • C (Exocitosis): Salida de moléculas de la célula a través de vesículas.
  3. Orgánulos (1 y 2):
    • 1: Lisosoma.
    • 2: Fagosoma o Vesícula fagocítica.

b) Orgánulo 3: Complejo de Golgi [0,1 + 0,5 + 0,4]

¿Qué orgánulo es el señalado con el número 3? ¿Cuál es su estructura? Cite dos funciones de este orgánulo.

  • Orgánulo 3: Complejo de Golgi [0,1 punto].
Estructura [0,5 puntos]:

Formada por cisternas aplanadas y apiladas (dictiosomas). Posee una cara proximal o cis (próxima al RER) y una cara distal o trans (opuesta). Está asociado a vesículas de transporte (próximas a la cara cis) y vesículas de secreción (próximas a la cara trans).

Funciones (Dos ejemplos) [0,4 puntos]:
  1. Glucosilación de lípidos y proteínas.
  2. Maduración y embalaje de productos de secreción.

Procesos de Endocitosis y Exocitosis: Interacción de Orgánulos

a) Identificación de Procesos y Elementos [0,3 + 0,3]

Identifique los dos procesos celulares representados por los números 1 a 3 y 4 a 5. Indique el nombre de los elementos señalados con los números 2, 3 y 4.

  1. Procesos:
    • 1 a 3: Fagocitosis [0,3 puntos].
    • 4 a 5: Exocitosis (Secreción) [0,3 puntos].
  2. Elementos:
    • 2: Fagosoma.
    • 3: Fagolisosoma.
    • 4: Vesícula de secreción.
Explicación de la Fagocitosis (1 a 3) [0,4 puntos]:

La membrana engloba a la bacteria (partícula) y por invaginación forma un fagosoma. Posteriormente se une al fagosoma una vesícula digestiva (lisosoma) formando un fagolisosoma en el que se digiere la bacteria (partícula).

b) Explicación de la Exocitosis e Identificación de Orgánulos [0,2 + 0,8]

Explicación de la Exocitosis (4 y 5) [0,2 puntos]:

El aparato de Golgi forma vesículas de secreción que se fusionan con la membrana plasmática y liberan el contenido al medio celular.

Orgánulos y Funciones (A, B, C y D):
  • A: Aparato de Golgi. Función: Maduración de proteínas, transporte y glucosilación de lípidos y proteínas, formación de lisosomas.
  • B: Retículo Endoplasmático Liso (REL). Función: Síntesis de lípidos, detoxificación, almacenamiento de calcio.
  • C: Retículo Endoplasmático Rugoso (RER). Función: Participación en la síntesis y maduración de proteínas, transporte y almacén de sustancias.
  • D: Núcleo. Función: Contener la información genética, controlar y regular la actividad celular.

Relación Estructura-Función en Células Especializadas

  1. Espermatozoides: Necesitan mucha energía para su locomoción, la cual se produce en las mitocondrias.
  2. Células de la Tráquea: Los cilios de estas células mueven la mucosidad que retiene las partículas de polvo que entran con el aire hasta los pulmones.
  3. Glóbulos Blancos (Leucocitos): Digieren sustancias extrañas que entran en el cuerpo mediante las enzimas contenidas en los lisosomas.
  4. Páncreas: Produce insulina y enzimas digestivas, que son proteínas y se fabrican en los ribosomas.

Ruta de Secreción de Glucoproteínas: El Caso de la Lipasa Pancreática

La lipasa pancreática es una glucoproteína secretada por células exocrinas del páncreas. Justifique su modo de transporte y el camino recorrido desde su síntesis hasta su secreción.

Modo de Transporte

Las glucoproteínas son macromoléculas y solo pueden salir al exterior celular por exocitosis mediante vesículas de secreción.

Camino Recorrido (Ruta Secretora)

La lipasa pancreática se sintetiza en los ribosomas, pasa al Retículo Endoplasmático Rugoso, luego al Aparato de Golgi y finalmente es transportada mediante vesículas de secreción hasta el exterior de la célula.

Consecuencias del Bloqueo del Complejo de Golgi

Una célula glandular sintetiza y secreta una hormona proteica. ¿Cómo afecta la inhibición del Complejo de Golgi a sus funciones?

Efecto en Células Animales

  1. ¿Podrán sintetizar la hormona? Sí. La hormona se sintetiza en los ribosomas del RER, proceso independiente del Golgi.
  2. ¿Podrán secretarla? No. La inactividad del Complejo de Golgi impide el empaquetamiento y transporte de la hormona hacia el exterior.
  3. ¿Podrán realizar su división celular normalmente? Sí. La división celular, incluida la citocinesis en células animales, no involucra el Complejo de Golgi al realizarse por estrangulamiento.

Efecto en Células Vegetales

Si el bloqueo del Complejo de Golgi se realiza en una célula vegetal, ¿podrá realizar su división celular normalmente?

No. No podría formar el fragmoplasto, ya que este depende de las vesículas generadas por el Complejo de Golgi para construir la nueva pared celular.

Localización de Procesos Metabólicos en Células Eucariotas

Indique el orgánulo o estructura donde se produce cada proceso:

  1. Síntesis de ARN ribosómico: Nucleolo.
  2. Fosforilación oxidativa: Membrana mitocondrial interna.
  3. Digestión de sustancias: Lisosomas.
  4. Síntesis de almidón: Cloroplastos.
  5. Ciclo de Krebs: Matriz mitocondrial.
  6. Transporte activo: Membranas (plasmática o de orgánulos).
  7. Transcripción: Núcleo.
  8. Traducción: Ribosomas.
  9. Fase luminosa de la fotosíntesis: Membrana tilacoidal.
  10. Glucólisis: Citosol.

La Teoría Endosimbiótica: Origen y Función de Mitocondrias y Cloroplastos

Explicación de la Teoría Endosimbiótica

Las mitocondrias proceden de bacterias aerobias y los cloroplastos de bacterias fotosintéticas (cianobacterias), que establecieron una relación simbiótica con células eucarióticas ancestrales.

Funciones y Reacciones Principales

  • Mitocondria:
    • Función: Realiza la respiración celular.
    • Reacciones principales: Ciclo de Krebs, β-oxidación de ácidos grasos, transporte de electrones y obtención de ATP por fosforilación oxidativa.
  • Cloroplasto:
    • Función: Lleva a cabo la fotosíntesis.
    • Reacciones principales: Fotólisis del agua, transporte de electrones inducido por la energía de la luz a través de los fotosistemas, síntesis de ATP y fijación del CO₂.

Compartimentación Celular y Mantenimiento de pH Diferenciales

Explique cómo se pueden producir múltiples procesos químicos en distintas condiciones de pH en células eucarióticas. ¿Ocurre lo mismo en células procarióticas? Razone las respuestas.

  • Células Eucarióticas: Las reacciones químicas en condiciones de pH diferentes son posibles gracias a la compartimentación en orgánulos, que permite mantener condiciones físico-químicas específicas (ej. pH ácido en lisosomas) en cada uno de ellos, aisladas del citosol.
  • Células Procarióticas: Esto no ocurre, ya que no presentan compartimentación en orgánulos y el citosol es continuo, lo que limita la posibilidad de mantener condiciones diferenciadas de pH.

Impacto de la Inhibición del Golgi en Fagocitosis y Digestión

Si se inhibe el funcionamiento del Complejo de Golgi de una célula animal, ¿cómo afectaría a la fagocitosis y a la digestión celular? Razone las respuestas.

  • Fagocitosis: No se vería afectada. Este proceso no depende del Complejo de Golgi.
  • Digestión celular: Sí se vería afectada. No podrían formarse lisosomas, los cuales contienen las enzimas necesarias para llevar a cabo este proceso.

Ruta de Secreción de Proteínas (Experimento de Palade)

El biólogo George Palade localizó aminoácidos marcados en RER (3 min), Golgi (20 min) y vesículas secretoras (90 min). Justifique por qué aparecen en ese orden.

  1. Retículo Endoplasmático Rugoso (3 minutos): Ocurre la síntesis inicial de proteínas debido a la presencia de ribosomas adheridos a su membrana.
  2. Complejo de Golgi (20 minutos): Las proteínas son transportadas al Golgi, donde se completan, ensamblan y maduran para su secreción.
  3. Vesículas Secretoras (90 minutos): Desde el Golgi, las proteínas son empaquetadas en vesículas secretoras que se dirigen a la membrana plasmática para liberar su contenido al exterior de la célula.

Tipos y Funciones del Retículo Endoplasmático (RE)

Tipos y Funciones

Los tipos de retículo endoplasmático son el Retículo Endoplasmático Liso (REL) y el Retículo Endoplasmático Rugoso (RER).

  • REL: Participa en la síntesis de lípidos, detoxificación y almacenamiento de calcio.
  • RER: Participa en la síntesis, almacenamiento y glucosilación de proteínas.

Diferencias Morfológicas

  • RER: Formado por cisternas y presenta ribosomas adosados a sus membranas.
  • REL: Formado por túbulos contorneados y no presenta ribosomas adosados.

Distribución y Relación con el Golgi

Ambos tipos están presentes en células eucarióticas, tanto animales como vegetales. El retículo endoplasmático tiene continuidad funcional con el Complejo de Golgi, ya que las sustancias sintetizadas en el retículo son modificadas, maduradas y/o empaquetadas en el Golgi.

Orgánulos Desarrollados en Células Secretoras (Células Mucosas)

Cite, razonando la respuesta, dos orgánulos que deben estar muy desarrollados en las células mucosas que producen mucus.

  1. Retículo Endoplasmático Rugoso (RER): Está muy desarrollado porque participa en la síntesis de glicoproteínas (componentes principales del mucus).
  2. Complejo de Golgi: Está desarrollado para la maduración, glucosilación y secreción de dichas glicoproteínas.

Localización de Funciones Celulares Específicas

Indique en qué orgánulo o estructura celular de una célula eucariótica se localizan las siguientes funciones o procesos:

  1. Transformación de energía luminosa en energía química: Membrana de los tilacoides.
  2. Síntesis de proteínas: Ribosomas (RER).
  3. Movimiento celular: Cilios y flagelos.
  4. Ciclo de Calvin: Estroma del cloroplasto.
  5. Síntesis de ARN transferente (tRNA): Núcleo.
  6. Cadena respiratoria: Membrana mitocondrial interna.
  7. Glicosilación de proteínas: Complejo de Golgi.
  8. Síntesis de almidón: Cloroplasto.
  9. Difusión facilitada: Membranas.
  10. Síntesis de lípidos: Retículo Endoplasmático Liso.

Pared Celular Vegetal: Ventajas y Limitaciones

Razone el fundamento de las siguientes afirmaciones: la existencia de pared celular en las células vegetales representa una ventaja ante las variaciones osmóticas y una limitación en el uso de las señales químicas.

  • Ventaja ante variaciones osmóticas: La pared celular proporciona resistencia mecánica, evitando que la célula se rompa (lisis) por la entrada excesiva de agua en ambientes hipotónicos.
  • Limitación en el uso de señales químicas: La pared celular dificulta las interacciones directas entre señales químicas externas y la membrana plasmática.

Estructura Detallada del Cloroplasto

a) Orgánulo Representado [0,1]

El orgánulo representado es el Cloroplasto.

b) Identificación de Elementos (1 a 5) [0,5]

  1. Membrana externa.
  2. Membrana interna.
  3. Estroma.
  4. Grana.
  5. Tilacoide.

c) Estructuras A y B [0,3]

  • A: ADN circular, localizado en el Estroma.
  • B: Ribosoma 70S, localizado en el Estroma.

d) Localización Alternativa de la Estructura B [0,1]

La estructura B (Ribosoma 70S) se encuentra con las mismas características en la Mitocondria.

Estructura y Flujo de Vesículas en el Aparato de Golgi

a) Orgánulo Representado [0,1]

El orgánulo representado es el Aparato de Golgi.

b) Identificación de Elementos (1 a 4) [0,4]

  1. Cara proximal (cis).
  2. Cara distal (trans).
  3. Vesículas de transición.
  4. Vesícula de secreción.

c) Procedencia y Destino de Vesículas (3 y 4) [0,4]

  • Elemento 3 (Vesículas de Transición): Procedencia: Retículo Endoplasmático Rugoso. Destino: Fusión con la cara proximal del Aparato de Golgi.
  • Elemento 4 (Vesículas de Secreción): Procedencia: Cara distal del Aparato de Golgi. Destino: Membrana plasmática (para exocitosis), lisosomas u otras partes de la célula.

d) Función Principal [0,1]

Modifica, madura y empaqueta compuestos procedentes del retículo endoplasmático.