ORÍGEN DE LA VIDA

Platica ToñO Lazcano

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ESQUEMA DE LA SEMANA

Memorizar el Siguiente Esquema:

PLENARIAS y TAREA DE LA SEMANA

TAREA DEL JUEVES 5 DE NOVIEMBRE DE 2009

A Simple Rule For Proteins To Follow

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Es interesante que lean este artículo y que lo presenten en power point, antes que los artículos de citoesqueleto


TAREA ANTERIOR

Recuerden que la tarea es hacer un animado de esta imágen, si lo hacen muy, muy bien, puede contar como un parcial, la condición es que se apliquen y en power point, flash o lo que se les ocurra, muesten el dinamismo del trabajo de la bomba de sodio, como mecanísmo de Transporte Activo

Ciclo Celular

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ComunicacióN Celular

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Sprint Final 09 B

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Nucleo2

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Sistemaendomembranas1

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RetíCulos 2009 B

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NúCleo 09 B

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Transporte 09 B

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PROGRAMA

Separating Organelles

Separating Organelles

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BIENVENIDOS
_______________________

UNIVERSIDAD DE GUADALAJARA
PROGRAMA DE ASIGNATURA
VIGENTE PARA EL CALENDARIO 2008 A
NOMBRE DE MATERIA


BIOLOGÍA CELULAR

CÓDIGO DE MATERIA 101
DEPARTAMENTO BIOLOGÍA CELULAR Y MOLECULAR
CÓDIGO DE DEPARTAMENTO BC
CENTRO UNIVERSITARIO DE CINCIAS BIOLÓGICAS Y AGROPECUARIAS
CARGA HORARIA 93 Horas TEORÍA , 12 horas PRÁCTICA
Total 105
CRÉDITOS 10
NIVEL DE FORMACION PROFESIONAL Licenciatura
PRE-REQUISITOS Bioquímica

OBJETIVO GENERAL

ESTUDIAR A LA CELULA COMO LA UNIDAD FUNDAMENTAL DE COMPOSICIÓN, ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE LOS SERES VIVOS PARA ESTABLECER LAS BASES PARA LA COMPRENSIÓN DE LA FISIOLOGÍA DE LOS SISTEMAS BIOLÓGICOS

OBJETIVOS ESPECIFICOS

1. Identificar el objeto de estudio de la Biología Celular y sus características, así como su campo de acción y relación con otras áreas del conocimiento.

2. Conocer las formas prebióticas y los procesos que han llevado a los niveles de organización celular conocidos actualmente, diferenciando las células procariontes de las células eucariontes tanto vegetales como animales.

3. Estudiar los principios que gobiernan la formación y función de las membranas biológicas a partir de sus componentes, así como, los mecanismos de transporte a través de las membranas biológicas.

4. Estudiar la estructura de los organelos intracelulares, integrando los conocimientos bioquímicos del metabolismo con la función y estructura de los mismos.

5. Conocer los mecanismos que permiten la comunicación inter e intracelular.

6. Comprender los mecanismos mediante los cuales se conserva y se transmite la información biológica.

CONTENIDO TEMATICO SINTÉTICO

UNIDADES CONCEPTUALES

1. INTRODUCCIÓN AL ESTUDIO DE LA CÉLULA. Carga horaria: 4 Hrs.

1.1. DEFINICIÓN Y CAMPO DE ACCIÓN DE LA BIOLOGIA CELULAR
(y su relación con otras áreas)
1.2 NIVELES DE ORGANIZACIÓN BIOLÓGICA
1.3 CARACTERÍSTICAS DE LA MATERIA VIVA Y TEORIA CELULAR
1.4 CARACTERÍSTICAS DE PROCARIONTES Y EUCARIONTES
1.5 TÉCNICAS EMPLEADAS EN BIOLOGÍA CELULAR

2. ORIGEN Y EVOLUCIÓN DE LA CÉLULA. Carga horaria: 6 Hrs.

2.1 ANTECEDENTES HISTÓRICOS (DIVERSAS TEORÍAS)
2.2 ETAPAS DEL ORIGEN DE LA VIDA

2.2.1 Etapa Abiótica (Teoría de Evolución química; Oparin y Haldane)

2.2.1.1 Origen y formación del universo.
2.2.1.2 Origen y formación de la tierra.
Formación de la atmósfera y caldo primitivo
Síntesis de monómeros y polímeros (Miller, Urey, Wachterhauser y otros)

2.2.2 Etapa Prebiótica (Evolución protobiológica)

2.2.2.1 Mundo pre-RNA (Sistemas metabólicos vs Sistemas autorreplicativos)
2.2.2.2 Mundo del RNA (Sistemas autocatalíticos, autorreplicativos y heredables)
2.2.2.3 Modelos prebióticos (Protobiontes, sulfobios, microesférulas proteicas y coacervados)

2.2.3 Etapa Biológica (Evolución biológica)

2.2.3.1 De procariontes a eucariontes: compartamentalización y endosimbiosis.
Alimentación: Heterótrofos vs Autótrofos.
Metabolismo: Anaeróbicos vs Aeróbicos
Energía: Quimiosintéticos vs Fotosintéticos

3. LAS MEMBRANAS CELULARES. Carga horaria: 20 Hrs

3.1. ESTRUCTURA, COMPOSICIÓN Y FUNCIONES DE LA MEMBRANA PLASMÁTICA

3.1.1 Estructura y composición química (Modelos de estructura de membrana)

3.1.1.1 Propiedades: Semipermeabilidad, Asimetría, Fluidez, Elasticidad, Resistencia a tensión.

3.1.2 Funciones de la membrana.

3.1.3 Especializaciones de membrana

3.1.3.1 Uniones intercelulares (estrecha, adherente y comunicante)
3.1.3.2 Receptores (Membrana plasmática e intracelulares)
3.1.4 Matriz extracelular y pared celular

3.2. MECANISMOS DE TRANSPORTE MEMBRANAL

3.2.1 A través de la membrana

3.2.1.1 Transporte Pasivo

∑ Difusión simple
∑ Ósmosis: soluciones hipotónicas, isotónicas, hipertónicas.
∑ Difusión facilitada: permeasas, canales iónicos

3.2.1.2 Transporte Activo

∑ Unidireccional mediante Co-transportadores
∑ Bidireccional de Intercambio
∑ Bombas iónicas

3.2.2 Mediante Vesículas

3.2.2.1 Endocitosis

∑ Pinocitosis
∑ Endocitosis mediada por receptor
∑ Fagocitosis

3.2.2.3 Exocitosis

4. ORGANIZACIÓN INTRACELULAR. Carga horaria: 32 Hrs.

4.1 SISTEMA DE ENDOMEMBRANAS Y ORGANELOS INTRACELULARES

4.1.1 Núcleo

Componentes estructurales (Envoltura nuclear, Matriz nuclear, Cromatina)

Nucleosoma como complejo supramacromolecular

Funciones (Replicación y transcripción)

4.1.2 Retículo endoplásmico

Liso: síntesis de lípidos
Rugoso: síntesis de proteínas
Ribosoma como complejo supramacromolecular

4.1.3 Complejo de Golgi

Modificación de proteínas
Formación de vesículas

4.1.4 Sistema de vesículas

Lisosomas
Microcuerpos (Peroxisomas, Glioxisomas, Glicosomas, Hidrogenosomas)
Vesículas de almacenamiento
Vesículas de secreción
Gránulos

4.1.5 Mitocondrias

4.1.6 Cloroplastos

4.2. CITOESQUELETO Y MATRIZ CITOPLASMÁTICA

4.2.1 Sistema microtrabecular
4.2.2 Microtúbulos
Centros organizadores de microtúbulos como complejos supramacromoleculares
Centriolos y Cuerpos basales
Cilios y Flagelos de procariontes y eucariontes.

4.2.3 Microfilamentos

Actina y miosina en células no musculares
Estructura de la sarcómera y contracción muscular

4.2.4 Filamentos intermedios


5. COMUNICACIÓN CELULAR. Carga horaria: 16 Hrs.

5.1 ELEMENTOS BÁSICOS DE LA COMUNICACIÓN CELULAR
Emisor, Mensaje, Medio, Receptor y Respuesta

5.2 COMUNICACIÓN INTERCELULAR

5.2.1 Características

5.2.2 Ejemplos:

Comunicación endócrina, autócrina, parácrina
Comunicación neurona-neurona, neurona-célula muscular, neurona-célula secretora

5.3 COMUNICACIÓN INTRACELULAR

5.3.1 Componentes del sistema

5.3.2 Ejemplos: Vía del AMPc; Vía del DAG y el IP3; y otras.

6. CICLO CELULAR. Carga horaria: 15 Hrs.

6.1 CONCEPTO

6.2 ETAPAS DEL CICLO CELULAR

6.2.1 Fases: M, G1, S, G2, G0.

6.2.2 División celular (Fase M)
6.2.2.1 Eucariontes: Mitosis, Meiosis.

6.2.2.2 Procariontes: Fisión binaria, Esporulación

6.3 REGULACIÓN DEL CICLO CELULAR

6.3.1 Factores inductores y represores.

PRÁCTICAS DE LABORATORIO

1. Formación de Coacervados.
2. Diferenciación de células procariontes y eucariontes (animal y vegetal)
3. Transporte a través de Membrana (ósmosis).
4. Aislamiento de Cloroplastos.
5. Mitosis.

BIBLIOGRAFIA BÁSICA

1) Molecular Biology of the Cell. Alberts,. 3a. ed. 2002. Garland
2) Biología Celular. Wood, Smith. 1a. ed. 2006. Addison Wesley
3) Biología Celular Avers, Ch. 2a. ed. 2002. Grupo Editorial Iberoamericano.
4) Fisiología Celular. Giese, A.E. 4a. ed. 1999. Interamericana.
5) Biología Celular y Molecular. Robertis y Robertis. 10a. ed. 1999. El Ateneo.
6) Biología Celular. Junqueira, et al. 1a. 5a. Reimpresión 1990. La Prensa Médica Mexicana.
7) Biología Celular. Karp Gerald. Interamericana / Mcgraw Hill. 1999
8) The Cell, A Molecular Approach, Cooper G. M."2nd Ed. 2000. ADM PRESS
9) Molecular Cell Biology. Lodish, H. ET. AL. 2000. Freeman.

BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTARIA

1. El Origen de la Vida. Lazcano-Araujo, A. Ed. Trillas, 1990.
2. Molecular Biology of the Gen. Watson, J. 4a. ed. 1987. The Benjamin/Cummings Publishing Co, Inc.
3. La Célula Viva. De Duve, A. 1992. Biblioteca Scientific American. Prensa Científica.
4. Bioquímica. Leningher, A. 2a. ed. 1980. Omega.
5. Biología. Solomon, Ville, et al. 2a. ed. 1992. McGraw Hill-Interamericana.
6. Histology. Weiss, L. & Greep. 4a. ed. 1977. McGraw Hill.

ENSEÑANZA-APRENDIZAJE

En un curso teórico-practico, como el presente, la transmisión del contenido de la materia, es responsabilidad, del profesor, del alumno y de la literatura de consulta, así como de los materiales apropiadamente programados, y la transmisión del método de la materia al laboratorio o al trabajo de campo.

Se propone la idea de unificar el aula, el laboratorio y el campo, creando un curso con auxiliares didácticos diseñados "ex profeso" bajo el esquema: lectura - investigación; exposición - discusión; demostración - ejercicios - práctica - experimentación; evaluación - medición - acreditación - promoción. Con este modelo se pretende flexibilizar el modo didáctico, para llevar a cabo un continuo y ascendente desarrollo del aprendizaje escolar.

CARACTERÍSTICAS DE LA APLICACIÓN PROFESIONAL DE LA ASIGNATURA

Materia básica común, relevante para estudiantes de Biología, Agronomía, y Medicina Veterinaria, donde se establecen las bases para la comprensión del funcionamiento de los sistemas biológicos.

CONOCIMIENTOS, HABILIDADES, VALORES, ETC.

Con el desarrollo del curso, se pretende que el alumno adquiera habilidades y aptitudes que le permitan identificar la importancia de la célula como la unidad fundamental de los seres vivos

MODALIDADES DE EVALUACIÓN

Evaluación del Profesor (curso ordinario y extraordinario)
Evaluaciones teóricas parciales
Participación y asistencia
presentaciones
análisis y discusión de lecturas
preguntas y respuestas
Prácticas
Producto terminal
Examen Departamental (Valor 10 % de la calificación final)

PARTICIPACIÓN EN CLASE 10%
EXÁMENES PARCIALES 40%
EXÁMEN DEPARTAMENTAL 10 %
PRÁCTICAS 10 %
TAREAS 30%

BIOLOGÍA CELULAR / Semestre 2009 B

Modelo propuesto por Singer y Nicolson

La Membrana Celular

Funcionalmente la membrana celular se comporta como una barrera semipermeable: Algunas sustancias hidrosolubles y liposolubles de bajo peso molecular, atraviesan fácilmente las membranas celulares, mientras que moléculas con carga eléctrica o de gran tamaño (proteínas) no lo hacen. Los movimientos transmembrana de los fármacos son influenciados por la composición y estructura de la membrana celular. Esta es delgada (70 - 100 amstrong) y compuesta de fosfolípidos y carbohidratos dispersos así como grupos de proteínas integrales que actúan como receptores, canales, bombas, enzimas o simplemente son estructurales. La teoría de la bicapa lipídica o unidad de membrana propuesta por Davson y Danielly (1952), considera que la membrana celular está compuesta por dos capas de fosfolípidos entre dos capas superficiales de proteínas, con las "cabezas" hidrofílicas de los fosfolípidos orientadas hacia el exterior mientras que las "colas" hidrofóbicas están alineadas hacia el interior. Esta teoría explica la observación que los fármacos liposolubles tienden a penetrar más fácilmente la membrana que las sustancias polares. Sin embargo este modelo no tiene en cuenta la difusión del agua, el paso de moléculas de bajo peso molecular (urea) y ciertos iones.

El modelo de mosaico fluido propuesto por Singer y Nicolson (1972), explica la difusión transcelular de moléculas polares. Según este modelo representado en el gráfico, la membrana consiste en proteínas globulares embebidas en un fluido dinámico dentro de una matriz de una bicapa lipídica. Estas proteínas ofrecen una ruta para la transferencia selectiva de iones y moléculas polares a través de la barrera lipídica y formando dos tipos de poros: Los primeros alrededor de 10 nanómetros y los otros entre 50-70 nm. Los primeros actúan como canales para la difusión de agua o iones (Na+, K+, Cl-, etc).

tomado de: http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ciencias/12161/lecciones/02_01_01.htm

Novedades

The Fluid Mosaic Model of the Cell Membrane - The Mosaic Module by: Laura Martin Although the bilayer nature of the cell membrane was described in the mid-1920's, it was not until 1972 that the currently accepted model of the plasma membrane, the fluid mosaic model, was formally outlined by S. J. Singer and Garth L. Nicolson in the journal Science. Singer’s work on membrane structure originated in the 1950’s when he, along with other protein chemists, demonstrated that many water-soluble proteins like those found in cytoplasm could unexpectedly dissolve in nonaqueous, non-polar solvents. Furthermore, the shape a protein assumed differed in hydrophobic and hydrophilic environments (Singer, 1992). From an historical perspective these results are significant because they led Singer to wonder about the structure of the proteins revealed to be closely associated with lipid-rich, and therefore nonaqueous, cell membranes in the 1930’s (Eichman, 2007). As he later wrote, Although we had not experimented with membrane proteins and knew very little about membranes at the time, as almost an aside we speculated [in a 1962 publication] that because “the cellular environment of many proteins contains high concentrations of lipid components in a wide variety of cellular membranes, the gross conformations of these proteins in situ may be determined by this association with a nonaqueous environment.” This notion set off a train of ideas and experiments that eventually led us to the fluid mosaic model. (Singer, 1992, p.3) At the time Singer's train set off, the standard model for membrane structure, the Davson-Danielli-Roberston (DDR) model, was a bilayer of lipids sequestered between two monolayers of unfolded protein (Figure 1). Each protein layer faced an aqueous environment, cytoplasm or interstitial fluid, depending upon whether the membrane enclosed an organelle or the cell itself (Figure 1; Singer, 1992). Figure 1: Original figure from Singer (1992) illustrating the Davson-Danielli-Robertson model of the plasma membrane. Notice that the lipid bilayer is isolated from the surrounding aqueous environment by two layers of unfolded membrane protein (p). Each membrane forming lipid is composed of a polar head group (h) and fatty acyl tail (f). Text added. When Singer and colleagues applied their understanding of the influence of solvent environment on protein conformation specifically to the problem of membrane proteins, they realized the DDR model was energetically untenable. As he and Nicolson (1972) later wrote, The latter [DDR] model is thermodynamically unstable because not only are the non-polar amino acid residues of the membrane proteins in this model perforce [by circumstance] largely exposed to water but the ionic and polar groups of the lipid are sequestered by a layer of protein from contact with water. Therefore, neither hydrophobic nor hydrophilic interactions are maximized in the classical [DDR] model. (Singer and Nicolson, 1972, p.721) That is, the DDR model was energetically unfeasible because the constitutive molecules could not stably persist in aqueous cytoplasm in the physical conformation proposed. Just as oil and water will spontaneously separate when left to stand after shaking, the hydrophilic and hydrophobic components of a single polypeptide or an entire cell will spontaneously organize so that hydrophilic elements are in contact with the aqueous environment and the hydrophobic elements are sequestered, isolated from contact with polar components. Thus, they reasoned that membrane proteins in a cell will assume globular (folded) conformations, due to hydrophobic and hydrophilic amino acid residues interacting with each other and the solvent environment, not the unfolded structures suggested by the DDR model. Similarly, membrane proteins will not be positioned to prevent contact between the polar head groups of membrane lipids and the aqueous cytoplasm. So, if membrane proteins are globular and not layered on top of the membrane, where are they? How are they associated with the membrane? The mosaic element of Singer and Nicolson's (1972) fluid mosaic model answered these questions. According to this model, membrane proteins come in two forms: peripheral proteins, which are dissolved in the cytoplasm and relatively loosely associated with the surface of the membrane, and integral proteins, which are integrated into the lipid matrix itself, to create a protein-phospholipid mosaic (Figure 2; Singer and Nicolson, 1972). Figure 2: Original figure from Singer and Nicolson (1972) depicting membrane cross section with integral proteins in the phospholipid bilayer mosaic. Phospholipids are depicted as spheres with tails, proteins as embedded shaded, globular objects. Peripheral proteins, which would be situated at, not in, the membrane surface, are not shown. Recall that both surfaces of this membrane intercept an aqueous environment either the cytoplasm and/or the interstitial fluid. Transmembrane protein spanning entire membrane on left.Figure 2 (Fluid mosaic diagram Singer and Nicholson resized.jpg) Singer and Nicolson (1972) supported these categories of proteins and their physical arrangement with both physical and biochemical evidence. For example, researchers had successfully separated the bilayers of frozen plasma membranes from a variety of sources including vacuoles, nuclei, chloroplasts, mitochondria and bacteria to reveal proteins embedded within (Singer and Nicolson, 1972). Similarly, evidence had also emerged to support the existence of transmembrane proteins, proteins that traversed the entire plasma membrane and extended into the aqueous environment on either side of the membrane (Figure 2). Clear data supporting the predicted biochemical structure of integral proteins was harder to gain, however, and would only follow many years after the publication of the model. What was the biochemical structure of these proteins predicted to be? Consider the energetic principles and molecular interactions on which Singer and Nicolson's model is based. Use your understanding of how these principles influence the structure and organization of individual polypeptides and the structural components of cells to answer the following questions. 1. Examine Figure 2. Predict biochemical properties (for example the hydrophobic or hydrophilic regions) of an integral protein versus those of a peripheral protein. Please be sure to explain your reasoning. 2. How do your predictions of the biochemical nature of integral proteins compare to Singer and Nicolson's predictions (Figure 3) adapted from a figure published by Lenard and Singer in 1966? If your predictions differ, please be sure to explain how and why they do. Figure 3: Original figure from Singer and Nicolson (1972) depicting membrane cross section with integral proteins in the phospholipid bilayer. The ionic and polar portions of the proteins, as indicated by the +/- signs, contact the aqueous solutions (cytoplasm and/or interstitial fluid) surrounding the lipid bilayer. The membrane spanning or inserted region of the protein is non-polar/hydrophobic and therefore lacks charge as indicated by the absence of +/- symbols.Figure 3 (Amphipathic protein diagram Singer and Nicholson resized.jpg) Works Cited * Eichman, P. 2007. http://www1.umn.edu/ships/9-2/membrane.htm. SHiPS Resource Center for Sociology, History and Philosophy in Science Teaching * Lenard, J. and S.J. Singer. 1966. Protein conformation in cell membrane preparations as studied by optical rotatory dispersion and circular dichroism. Proceedings of the National Academy of Sciences. 56:1828-1835. * Singer, S.J. and G. L. Nicolson. 1972. The fluid mosaic model of the structure of cell membranes. Science. 175: 720-731. * Singer, S.J. 1992. The structure and function of membranes - a personal memoir. Journal of Membrane Biology. 129:3-12. E-mail the author of the module, The Fluid Mosaic Model of the Cell Membrane - The Mosaic http://cnx.org/content/m15255/latest/