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La célula: estructura y funciones avanzadas
En 4.º de ESO profundizamos en la biología celular. La célula no es un simple «saco» de orgánulos, sino una estructura dinámica con un metabolismo activo, sistemas de comunicación complejos y la capacidad de dividirse de forma controlada.
La membrana plasmática: modelo del mosaico fluido
La estructura de la membrana plasmática fue descrita por Singer y Nicolson (1972) como un mosaico fluido:
• Doble capa de fosfolípidos: Los fosfolípidos tienen una cabeza hidrófila (polar, orientada hacia el agua) y dos colas hidrófobas (apolares, orientadas hacia el interior). Esta disposición crea una barrera selectiva.
• Proteínas: Insertadas en la bicapa. Las proteínas integrales (transmembrana) atraviesan toda la membrana y forman canales o transportadores. Las proteínas periféricas se adhieren a la superficie.
• Colesterol: Intercalado entre los fosfolípidos, regula la fluidez de la membrana.
• Glucocáliz: Capa de carbohidratos unidos a proteínas (glucoproteínas) y lípidos (glucolípidos) en la cara externa. Participa en el reconocimiento celular y la adhesión.
Transporte a través de la membrana
| Tipo | Descripción | Gasto de energía | Ejemplo |
|---|
| Difusión simple | Las moléculas pequeñas y apolares pasan directamente a través de la bicapa lipídica, a favor de gradiente. | No (pasivo) | O₂, CO₂, hormonas esteroideas |
| Difusión facilitada | Moléculas polares o iones pasan a través de proteínas canal o transportadoras, a favor de gradiente. | No (pasivo) | Glucosa (proteína GLUT), iones Na⁺, K⁺ |
| Ósmosis | Paso de agua a través de la membrana desde una solución hipotónica a una hipertónica. | No (pasivo) | Entrada/salida de agua celular |
| Transporte activo | Moléculas o iones se transportan en contra de su gradiente de concentración mediante proteínas transportadoras. | Sí (ATP) | Bomba Na⁺/K⁺ ATPasa |
| Endocitosis | La membrana se invagina para englobar partículas del exterior (fagocitosis, pinocitosis). | Sí | Fagocitosis de bacterias por macrófagos |
| Exocitosis | Vesículas internas se fusionan con la membrana y liberan su contenido al exterior. | Sí | Secreción de neurotransmisores |
El ciclo celular y la mitosis
El ciclo celular es el conjunto de fases por las que pasa una célula desde que nace (por división de su célula madre) hasta que ella misma se divide. Consta de dos grandes períodos:
Interfase (90% del ciclo): La célula crece y se prepara para dividirse:
• Fase G₁: La célula crece, sintetiza proteínas y orgánulos. Realiza sus funciones normales.
• Fase S (síntesis): Se replica el ADN: cada cromosoma se duplica, quedando formado por dos cromátidas hermanas unidas por el centrómero.
• Fase G₂: La célula continúa creciendo y sintetiza las proteínas necesarias para la mitosis.
Fase M (mitosis + citocinesis): La célula se divide en dos células hijas idénticas.
Mitosis (división del núcleo):
1. Profase: La cromatina se condensa en cromosomas visibles (cada uno con dos cromátidas hermanas). Se forma el huso mitótico (fibras de tubulina). La envoltura nuclear se fragmenta.
2. Metafase: Los cromosomas se alinean en el centro de la célula (placa metafásica), unidos al huso por el centrómero.
3. Anafase: Las cromátidas hermanas se separan y migran hacia los polos opuestos de la célula, arrastradas por las fibras del huso.
4. Telofase: Los cromosomas se descondensan. Se forman dos nuevas envolturas nucleares. Se reconstituyen los nucléolos.
Citocinesis: División del citoplasma. En células animales, la membrana se estrangula (surco de división). En células vegetales, se forma un fragmoplasto (tabique celular) desde el centro.
La meiosis
La meiosis es un tipo especial de división celular que produce gametos (células sexuales) con la mitad de cromosomas (células haploides, n). Consta de dos divisiones sucesivas:
Meiosis I (división reduccional): Los cromosomas homólogos se separan.
• Profase I: Los cromosomas homólogos se emparejan (sinapsis) formando bivalentes (tétradas). Se produce el entrecruzamiento (crossing-over): intercambio de fragmentos de ADN entre cromátidas de homólogos, lo que genera variabilidad genética.
• Metafase I: Los bivalentes se alinean en la placa metafásica.
• Anafase I: Los homólogos se separan (cada uno con sus dos cromátidas) y migran a polos opuestos.
• Telofase I: Se forman dos células haploides (n), cada una con cromosomas de dos cromátidas.
Meiosis II (similar a una mitosis): Las cromátidas hermanas se separan. Se obtienen 4 células haploides genéticamente diferentes entre sí y respecto a la célula original.
| Característica | Mitosis | Meiosis |
|---|
| Resultado | 2 células diploides (2n) idénticas | 4 células haploides (n) diferentes |
| Número de divisiones | 1 | 2 |
| Entrecruzamiento | No | Sí (profase I) |
| Función | Crecimiento, reparación | Formación de gametos |
| Variabilidad genética | No (clones) | Sí (recombinación + segregación aleatoria) |
🖼️ Diagrama / EsquemaEsquema comparativo de mitosis y meiosis: mitosis con 4 fases (profase, metafase, anafase, telofase) produciendo 2 células diploides; meiosis con 2 divisiones (meiosis I: separación de homólogos; meiosis II: separación de cromátidas) produciendo 4 células haploides. Se destaca el entrecruzamiento en profase I.
📌 RecuerdaEl ciclo celular: G₁ → S (replicación del ADN) → G₂ → Mitosis (PMAT) → Citocinesis. Mitosis: 2 células diploides idénticas (crecimiento). Meiosis: 4 células haploides diferentes (gametos).
🔬 Actividad de laboratorioObservación de mitosis en raíz de cebolla:
1. Corta la punta (1-2 cm) de una raíz de cebolla que haya germinado en agua.
2. Colócala en un vidrio de reloj con ácido acético al 45% durante 10 minutos (fija y ablanda).
3. Transfiere a un portaobjetos, añade una gota de orceína acética y calienta suavemente (sin hervir).
4. Coloca un cubreobjetos y aplasta suavemente con la goma de un lápiz para separar las células.
5. Observa al microscopio (400x). Busca células en las distintas fases de la mitosis.
6. Dibuja al menos una célula en cada fase: profase, metafase, anafase y telofase.
🤔 ¿Sabías que...?Las células cancerosas se dividen sin control porque han perdido los mecanismos de regulación del ciclo celular. Normalmente, existen puntos de control (checkpoints) en G₁, G₂ y durante la mitosis que verifican que todo esté correcto antes de avanzar. Las mutaciones en genes que regulan estos puntos (como el gen p53, llamado «guardián del genoma») pueden provocar una proliferación celular descontrolada: cáncer.
✏️ Ejercicios1. Describe el modelo del mosaico fluido de la membrana plasmática.
2. ¿Qué diferencia hay entre transporte pasivo y transporte activo? Pon dos ejemplos de cada uno.
3. Explica qué es la ósmosis. ¿Qué le ocurre a un glóbulo rojo en una solución hipotónica? ¿Y en una hipertónica?
4. Describe las fases de la interfase (G₁, S, G₂) y su función.
5. Describe las cuatro fases de la mitosis.
6. ¿Qué diferencia hay entre mitosis y meiosis? Indica al menos cuatro diferencias.
7. ¿Qué es el entrecruzamiento? ¿En qué fase de la meiosis ocurre? ¿Por qué es importante?
8. Una célula humana (2n = 46) entra en meiosis. ¿Cuántos cromosomas tendrá cada célula resultante? ¿Cuántas células se forman?
9. ¿Por qué las células producidas por meiosis son genéticamente diferentes entre sí?
10. ¿Qué relación hay entre los fallos en el ciclo celular y el cáncer?
📋 Resumen de la lección- Membrana plasmática: modelo del mosaico fluido (bicapa de fosfolípidos + proteínas + colesterol + glucocáliz).
- Transporte: pasivo (difusión simple, facilitada, ósmosis) y activo (bomba Na⁺/K⁺, endocitosis, exocitosis).
- Ciclo celular: interfase (G₁, S, G₂) + fase M (mitosis + citocinesis).
- Mitosis: profase → metafase → anafase → telofase → 2 células diploides idénticas.
- Meiosis: dos divisiones → 4 células haploides diferentes. Entrecruzamiento en profase I.