Biología celular

Cada ser vivo está construido a partir de células, y las diferencias entre ellas determinan lo que cada una puede hacer. Esta referencia cubre Biología AQA GCSE 8461, tema 4.1 Biología celular.

Cómo trata este tema el examen:

• El papel 1 (preguntas 4.1–4.4) incluye Biología celular. Prácticas requeridas: RP1 (microscopio óptico), RP2 (antisépticos/antibióticos en agar, solo biología) y RP3 (ósmosis en tejido vegetal).
• El cultivo de microorganismos es solo biología; las respuestas en notación científica para conteos bacterianos son solo nivel superior (HT).
• Cálculos que exige el examen: aumento (imagen ÷ real), tamaño real a partir de imagen y aumento, área por πr², cambio porcentual en masa, relación superficie-volumen, conteos de división bacteriana.

• Células eucariotas (vegetales y animales): material genético encerrado en un núcleo.
• Células procariotas (bacterias) son mucho más pequeñas; citoplasma y membrana celular rodeados por una pared celular; el material genético no está en un núcleo, sino un solo bucle de ADN junto con uno o más plásmidos (pequeños anillos de ADN).

Escala: use los prefijos centi (10⁻²), mili (10⁻³), micro (10⁻⁶), nano (10⁻⁹) y comparaciones de orden de magnitud en notación científica.

Células especializadas: relacionan estructura con función (aprenda una característica ↔ una ventaja cada una):

Diferenciación: las células adquieren diferentes estructuras subcelulares para volverse especializadas. Las células animales se diferencian principalmente en etapas tempranas; las vegetales durante toda la vida. En animales maduros, la división celular sirve mayormente para reparación y reemplazo.

Microscopía: un microscopio óptico usa lentes; un microscopio electrónico tiene mayor aumento y poder de resolución, permitiendo ver y comprender muchos más detalles subcelulares.

Ejemplo resuelto. Una imagen celular mide 4.8 cm de ancho a magnificación ×1200.

• Convierta primero: $4.8\ \text{cm} = 4.8\times10^{-2}$ m $= 48\,000\ \mu\text{m}$.
  $$\text{real size} = \frac{\text{image size}}{\text{magnification}} = \frac{48\,000\ \mu\text{m}}{1200} = 40\ \mu\text{m}$$

RP1: observe, dibuje y etiquete células vegetales y animales con una escala de aumento incluida (p. ej., una barra de escala o el aumento impreso).

Las bacterias se multiplican por fisión binaria tan a menudo como una vez cada 20 minutos si hay suficientes nutrientes y una temperatura adecuada. Crecen en caldo de cultivo o como colonias en gel de agar.

Técnica aséptica (cada punto otorga una marca — conoce el porqué):

• esterilizar las placas de Petri y los medios de cultivo antes del uso — mata microorganismos no deseados;
• flamear la aspa de siembra antes de transferir bacterias — elimina contaminantes en la aspa;
• sellar la tapa con cinta adhesiva e invertirlas boca abajo — evita la contaminación aerotransportada y que la condensación gotee;
• en escuelas, incubar a un máximo de 25 °C — impide el crecimiento de patógenos nocivos para los humanos.

Ejemplo resuelto (número de divisiones). Una bacteria se divide cada 20 minutos durante 3 horas.

• 3 horas = 180 min = 9 veces de división; número $= 2^9 = 512$.

Ejemplo resuelto (área de zona). Una zona clara de radio 4 mm alrededor de un disco de antibiótico.

RP2: efecto de antisépticos/antibióticos sobre el crecimiento bacteriano — medir zonas de inhibición con una regla (varios diámetros, media, 2), controles sin sustancia.

• El núcleo contiene cromosomas formados por ADN; cada cromosoma lleva muchos genes; las células somáticas tienen cromosomas en pares (humanos: 23 pares).
• El ciclo celular: el ADN se replica → crecimiento (más ribosomas y mitocondrias) → mitosis (un juego de cromosomas se tira hacia cada extremo; el núcleo se divide) → citoplasma y membranas se dividen → dos células idénticas.

La mitosis es importante para el crecimiento y desarrollo de organismos multicelulares, y para la reparación. Reconoce contextos donde ocurre la mitosis (punta de raíz en crecimiento, piel en curación, un tumor).

Una célula madre es una célula indiferenciada que puede dar origen a más de este mismo tipo y, mediante diferenciación, a otros tipos celulares.

Usos y evaluación (los pares acreditados — beneficio y riesgo/objeción):

• Medicina: tratamiento potencial para diabetes y parálisis; la clonación terapéutica produce un embrión con los genes propios del paciente, por lo que las células no son rechazadas.
• Riesgos/ética: transferencia de infección viral; objeciones éticas y religiosas al uso de embriones.
• Plantas: clones de meristemos — especies raras preservadas de la extinción; cultivos resistentes a enfermedades clonados rápida y económicamente.

La tasa de difusión aumenta con: gradiente de concentración, temperatura, área de superficie de la membrana.

Relación área superficial a volumen: los organismos unicelulares tienen un SA:V grande — suficiente para el intercambio solo a través de la superficie. Los organismos pluricelulares necesitan superficies de intercambio y un sistema de transporte. Las superficies de intercambio son efectivas por: gran área superficial, membrana delgada (camino corto de difusión), (animales) buen suministro sanguíneo, (animales, intercambio gaseoso) ventilación.

Superficies de intercambio adaptadas para conocer: intestino delgado y pulmones en mamíferos, ** branquias** en peces, raíces y hojas en plantas.

Ejemplo resuelto (SA:V). Un cubo de lado 2 mm: SA $= 6\times2^2 = 24$ mm², V $= 8$ mm³, SA:V $= 3:1$. Un cubo de lado 4 mm: SA $= 96$, V $= 64$, SA:V $= 1.5:1$ — duplicar el lado reduce la relación a la mitad.

RP3 (ósmosis): trozos de patata (misma área superficial, secos al tacto, masas exactas) en una serie de soluciones de azúcar o sal; medir el cambio porcentual en masa:

Interpretación: ganancia en soluciones diluidas (entra agua); sin cambios donde la solución coincide con la concentración celular; pérdida en soluciones concentradas (sale agua). Variables de control: volumen de solución, temperatura, tiempo, área superficial.

• Etiquetar células animales, vegetales y bacterianas; emparejar cada estructura con su función.
• Células especializadas: una característica estructural vinculada a una función cada una.
• Aumento de tamaño, tamaño real y tamaño de la imagen: convertir unidades antes de dividir.
• Razones de la técnica aséptica; recuentos por fisión binaria; zonas de πr² (RP1, RP2).
• Fases del ciclo celular y dónde ocurre la mitosis; fuentes de células madre con beneficios y riesgos.
• Difusión, ósmosis y transporte activo: dirección, energía, ejemplos; los tres factores de tasa.
• Cálculos de SA:V; cuatro características de superficies de intercambio; cambio porcentual en la masa (RP3).