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6.5: Introducción a la estructura de los procariotas - Biología

6.5: Introducción a la estructura de los procariotas - Biología


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Qué aprenderá a hacer: describir la estructura de las células procariotas

Existen muchas diferencias entre las células procariotas y eucariotas. Los procariotas tienen varias formas, pero muchos se dividen en tres categorías: cocos (esféricos), bacilos (en forma de varilla) y spirilli (en forma de espiral) (Figura 1).


Introducción

Ciertos procariotas pueden vivir en ambientes extremos como la piscina Morning Glory, una fuente termal en el Parque Nacional Yellowstone. El color azul vivo de la primavera proviene de los procariotas que prosperan en sus aguas muy calientes. (crédito: modificación del trabajo de Jon Sullivan)

En el pasado reciente, los científicos agruparon los seres vivos en cinco reinos (animales, plantas, hongos, protistas y procariotas) basándose en varios criterios, como la ausencia o presencia de un núcleo y otros orgánulos unidos a la membrana, la ausencia o presencia de paredes celulares, multicelularidad, etc. A finales del siglo XX, el trabajo pionero de Carl Woese y otros comparó secuencias de ARN ribosómico de subunidades pequeñas (ARNr SSU), lo que resultó en una forma más fundamental de agrupar organismos en la Tierra. Con base en las diferencias en la estructura de las membranas celulares y en el ARNr, Woese y sus colegas propusieron que toda la vida en la Tierra evolucionó a lo largo de tres linajes, llamados dominios. El dominio Bacteria comprende todos los organismos del reino Bacteria, el dominio Archaea comprende el resto de los procariotas y el dominio Eukarya comprende todos los eucariotas, incluidos los organismos de los reinos Animalia, Plantae, Fungi y Protista.

Dos de los tres dominios, bacterias y arqueas, son procariotas. Los procariotas fueron los primeros habitantes de la Tierra, apareciendo hace 3.5 a 3.8 mil millones de años. Estos organismos son abundantes y ubicuos, es decir, están presentes en todas partes. Además de habitar ambientes moderados, se encuentran en condiciones extremas: desde manantiales hirviendo hasta ambientes permanentemente congelados en la Antártida desde ambientes salados como el Mar Muerto hasta ambientes bajo tremenda presión, como las profundidades del océano y de áreas sin oxígeno, como como planta de gestión de residuos, a regiones contaminadas radiactivamente, como Chernobyl. Los procariotas residen en el sistema digestivo humano y en la piel, son responsables de ciertas enfermedades y desempeñan un papel importante en la preparación de muchos alimentos.


Si el ADN de los 46 cromosomas en el núcleo de una célula humana se dispusiera de extremo a extremo, mediría aproximadamente dos metros. Sin embargo, el diámetro sería de solo 2 nm. Teniendo en cuenta que el tamaño de una célula humana típica es de aproximadamente 10 & microm (100.000 células alineadas para igualar un metro), el ADN debe estar bien empaquetado para que quepa en el núcleo de la célula & rsquos. Al mismo tiempo, también debe ser fácilmente accesible para que se expresen los genes. Durante algunas etapas del ciclo celular, las largas hebras de ADN se condensan en cromosomas compactos. Hay varias formas en que los cromosomas se compactan para encajar en el núcleo celular y rsquos y ser accesibles para la expresión génica.

En el primer nivel de compactación, tramos cortos de la doble hélice del ADN se envuelven alrededor de un núcleo de ocho proteínas histonas a intervalos regulares a lo largo de toda la longitud del cromosoma. El complejo de ADN-histona se llama cromatina. El complejo de ADN de histonas en forma de cuentas se llama nucleosoma. El ADN que conecta los nucleosomas se llama ADN enlazador. Una molécula de ADN en esta forma es aproximadamente siete veces más corta que la doble hélice sin las histonas. Las perlas tienen un diámetro de aproximadamente 10 nm, en contraste con el diámetro de 2 nm de una doble hélice de ADN. El siguiente nivel de compactación ocurre cuando los nucleosomas y el ADN enlazador entre ellos se enrollan en una fibra de cromatina de 30 nm. Este enrollamiento acorta aún más el cromosoma de modo que ahora es aproximadamente 50 veces más corto que la forma extendida. En el tercer nivel de empaquetamiento, se utiliza una variedad de proteínas fibrosas para empacar la cromatina. Estas proteínas fibrosas también aseguran que cada cromosoma en una célula que no se divide ocupe un área particular del núcleo que no se solapa con la de ningún otro cromosoma.

Figura ( PageIndex <1> ): Niveles de compactación del ADN: El ADN de doble hebra se envuelve alrededor de las proteínas histonas para formar nucleosomas que tienen la apariencia de "perlas en una cuerda". Los nucleosomas están enrollados en una fibra de cromatina de 30 nm. Cuando una célula sufre mitosis, los cromosomas se condensan aún más.


Estructura y función de las células procariotas

Esta actividad incluye un conjunto completo de recursos para enseñar sobre procariotas, una hoja de actividades para el estudiante, con sugerencias para el examinador, una breve presentación en pantalla que explica cómo dibujar una célula procariota, tarjetas para ayudar a los estudiantes a aprender las etiquetas de los procariotas, una prueba rápida de las etiquetas y preguntas estilo amp IB, con respuestas y como actividad de extensión un juego de arcade para consolidar aún más el aprendizaje.

Las células prokarote superan en número a las células humanas diez a uno en el cuerpo humano. Árbitro: Sociedad Estadounidense de Microbiología. "Los seres humanos tienen diez veces más bacterias que las células humanas: ¿Cómo afectan las comunidades microbianas la salud humana?". ScienceDaily, 3 de junio de 2008. Web. 4 de julio de 2012

Descripción de la lección

Pregunta de orientación

¿Cómo puede un biólogo ilustrar las estructuras de las células procariotas que son tan pequeñas en imágenes de microscopio electrónico que apenas son visibles, incluso para el ojo entrenado del microbiólogo?

Actividad 1: Screencast

Reproduzca este screencast y complete la hoja de trabajo del estudiante del diagrama de Prokaryote

Screencast usando la hoja de actividades del diagrama y una bonita imagen microscópica de una célula procariota real

Actividad 2: Aprenda las etiquetas

Estudie las tarjetas didácticas de la etiqueta del diagrama y luego pruebe una de las actividades en línea con las tarjetas del cuestionario a continuación.

Actividad 3: Preguntas de estilo IB

Prueba rápida: preguntas para evaluar el conocimiento de las etiquetas

Pruebe la comprensión con estas preguntas de estilo IB

Profesores & # 39 notas

Esta página es parte de una serie de recursos didácticos para los diagramas del programa de estudios del IB.

Hay muchas formas de utilizar esta página. Los estudiantes pueden trabajar de forma independiente o los recursos se pueden proyectar en el aula. Las hojas de trabajo le permiten imprimir tanto como desee. Las actividades en línea pueden ser guiadas o dejar que los estudiantes elijan. La decisión es tuya.

Las respuestas a las preguntas se pueden encontrar en la sección de recursos. Los profesores pueden poner estas páginas separadas a disposición de los estudiantes una vez que se hayan completado las preguntas.

Un plan de lección sugerido.

Inicio: 10 minutos

  • Los estudiantes completan la hoja de trabajo de la actividad del diagrama mientras miran el Screencast como toda la clase.

Principal: 40 minutos

  • Los estudiantes estudian tarjetas didácticas impresas (o en línea) para ayudar a memorizar las etiquetas.
  • Los estudiantes realizan una prueba rápida para ver qué tan bien entienden las etiquetas.
  • Los estudiantes revisan el Screencast e intentan el diagrama (con etiquetas) de memoria.

Fin: 10 minutos

  • Plenaria: los estudiantes juegan el juego de arcade para consolidar aún más el aprendizaje
  • Diferenciación: los estudiantes que necesiten tiempo adicional para main pueden continuar de forma independiente.

Complete las preguntas de estilo IB.

Interesante extensión

Siguiendo un comentario de Anthony Rose, he ajustado recientemente la descripción de flagelos procariotas para incluir el nombre de la proteína flagelina y eliminar cualquier mención de microtúbulos.

He aprendido que E. coli produce aproximadamente cuatro filamentos tubulares en un polo de la célula. Estos filamentos de flagelos pueden cambiar de forma y pueden rotar de forma independiente tanto en el sentido de las agujas del reloj como en el sentido contrario a las agujas del reloj gracias a un ingenioso motor microscópico hecho de un conjunto de unas pocas docenas de proteínas. Por lo tanto, E. coli puede cambiar de dirección a medida que se mueve.

Se cree que los flagelos eucariota y procariota son un ejemplo de evolución convergente (útil en el tema 5) y que puede haber un tercer tipo de flagelos en Archea (¡el otro dominio en la clasificación de organismos!)

Incluso existe la teoría de que los flagelos podrían ser un ejemplo de endosimbiosis y existe un debate en curso sobre la 'complejidad irreducible' de los flagelos. La idea de que sin una sola proteína, un flagelo deja de funcionar, por lo que podría ser una evidencia de que la evolución por selección natural no podría haber sucedido. Sin embargo, los científicos evolucionistas refutan estas afirmaciones citando varios mecanismos que son posibles.


Ver el vídeo: Estructuras de las células procariotas (Noviembre 2022).