Ejercicios: Tipos de células: procariota y eucariotas

Todas las células, sea cual sea su tipo, comparten tres elementos básicos. Indicalos y explicá qué función cumple cada uno.

En el esquema de una célula eucariota animal, el número 1 señala una estructura grande y esférica situada en la zona central, mientras que el número 2 señala un orgánulo ovalado con repliegues o crestas en su interior. Indicá qué número señala el núcleo y qué número señala una mitocondria, y explicá la función de ambas estructuras.

Explicá cuál es la diferencia fundamental entre una célula procariota y una célula eucariota, y poné un ejemplo de ser vivo con cada tipo de célula.

Explicá qué es el núcleo de la célula, qué contiene y qué tipos de células lo tienen.

¿Qué función cumple la membrana celular? Explicá qué pasaría si la célula la perdiera, comparándolo con lo que supondría para vos perder la piel.

¿Para qué sirven las mitocondrias? Razoná en qué células de tu cuerpo creés que serán muy abundantes.

Al observar al microscopio una muestra de células de tu mejilla y otra de cebolla se aprecian diferencias. Señalá dos diferencias de forma y estructura entre ambas y explicá a qué tipo de célula eucariota pertenece cada una.

¿Qué orgánulo hace que las partes verdes de las plantas sean verdes? Explicá qué proceso ocurre en él y por qué es tan importante para la vida en la Tierra.

En una célula vegetal, indicá la función de la pared celular, un cloroplasto y la vacuola central, y explicá por qué esas tres estructuras no aparecen en una célula animal.

Elaborá una tabla comparativa de la célula animal y la célula vegetal con estas filas: pared celular, cloroplastos, vacuolas y forma habitual de la célula.

¿Dónde se encuentra el material genético (ADN) en una célula eucariota y dónde en una procariota? ¿Qué consecuencias tiene esa diferencia en la organización interna de cada tipo de célula?

Las células vegetales tienen una pared rígida que las animales no tienen. Explicá qué ventaja aporta la pared a una planta que no tiene esqueleto, y cómo compensan los animales esa ausencia.

La vacuola central de una célula vegetal puede ocupar la mayor parte de su interior. Explicá qué contiene, qué funciones cumple (reservar agua y sustancias, mantener la célula firme) y qué le ocurre a una planta cuando sus vacuolas pierden agua.

Hacé dos dibujos esquemáticos, uno de una célula animal y otro de una vegetal, con al menos cuatro etiquetas en cada uno; después, explicá con una frase la diferencia más importante entre ambos dibujos.

Las bacterias no tienen mitocondrias y, sin embargo, también obtienen energía de los alimentos. Razoná cómo es posible que una célula sin orgánulos rodeados de membrana realice las mismas funciones vitales que una eucariota, y decí dónde creés que ocurren esos procesos en su interior.

Si el núcleo fuera la «oficina de dirección» de una fábrica y el citoplasma el «taller», explicá qué aciertos tiene esta analogía (órdenes, información, trabajo) y una limitación importante.

En un laboratorio se mezclaron tres muestras celulares sin etiquetar (A, B y C) procedentes de tres tejidos distintos: el músculo del ala de un gorrión, el pétalo blanco de una margarita y una hoja verde de espinaca.

Al observarlas al microscopio se registran estas características:

• Muestra A: células alargadas, con un consumo de energía muy alto, sin pared celular ni cloroplastos, y repletas de mitocondrias.

• Muestra B: células con pared celular rígida, gran vacuola central y cientos de cloroplastos.

• Muestra C: células vegetales con pared y vacuolas desarrolladas, pero sin un solo cloroplasto y con escasas mitocondrias.

1. a) Identificá razonadamente a qué tejido y ser vivo pertenece cada muestra, justificando tu decisión a partir de la presencia, ausencia y abundancia de cada orgánulo.
2. b) Predecí qué le ocurriría a las células de la muestra B si la planta se mantiene en una habitación oscura durante tres semanas: ¿podrían seguir produciendo glucosa?, ¿dejarían de funcionar inmediatamente sus mitocondrias? Justificá tu respuesta.

Una bacteria mide unos $2\ \mu\text{m}$ de largo y una célula animal unos $20\ \mu\text{m}$ de diámetro. Calculá cuántas bacterias en fila ocuparían el diámetro de una célula animal. Suponiendo que ambas fueran esféricas, calculá también la superficie de la membrana de cada una con la fórmula $S = 4\pi r^2$ y averiguá cuántas veces mayor es la de la célula animal. Usá los dos resultados para razonar por qué las células eucariotas pueden permitirse ser mucho más grandes y qué problema les plantea el tamaño a la hora de intercambiar sustancias con el exterior.

A diferencia de los seres humanos (cuyos glóbulos rojos maduros pierden el núcleo), los anfibios y las aves tienen glóbulos rojos que conservan el núcleo durante toda su vida.

1. a) Al comparar dos glóbulos rojos del mismo volumen, uno humano y otro de rana, el glóbulo humano es capaz de albergar una cantidad notablemente mayor de hemoglobina (la proteína transportadora de oxígeno). Justificá a qué se debe esta ventaja funcional a nivel celular.
2. b) En un experimento de laboratorio, se somete a ambos tipos de glóbulos rojos a una sustancia que daña lentamente las proteínas de su membrana celular. Los glóbulos rojos de rana logran fabricar nuevas proteínas para reparar la membrana y seguir viviendo, mientras que los humanos no pueden repararse y mueren a los pocos días sin poder dividirse. Explicá la causa biológica de este hecho relacionando la función del núcleo y del ADN con la capacidad de autorreparación y reproducción celular.

Observás al microscopio óptico una gota de agua estancada. El campo de visión circular que ves a través del ocular mide $1\ \text{mm}$ de diámetro ($1000\ \mu\text{m}$). En él distinguís una ameba unicelular de unos $200\ \mu\text{m}$ y varias bacterias alargadas de unos $2\ \mu\text{m}$.

1. a) Calculá cuántas bacterias alineadas en fila harían falta para cruzar de lado a lado el diámetro del campo de visión del microscopio, y cuántas amebas harían falta para hacer lo mismo.
2. b) El límite de resolución del ojo humano (la distancia mínima entre dos puntos para distinguirlos por separado) es de aproximadamente $0,1\ \text{mm}$ ($100\ \mu\text{m}$). Justificá con datos numéricos por qué una persona con buena vista podría llegar a intuir la ameba a simple vista como una mota diminuta, mientras que para ver la bacteria es estrictamente imprescindible el microscopio.
3. c) Si una ameba y una bacteria son ambas organismos unicelulares, ¿por qué a una bacteria procariota típica le resultaría muy difícil crecer hasta alcanzar el tamaño de una ameba de $200\ \mu\text{m}$? Razoná qué problema tendría una bacteria gigante para intercambiar y distribuir nutrientes hacia su centro sin orgánulos ni sistemas de transporte interno.

Un agricultor realiza un experimento con dos grupos de plantas de poroto:

• Grupo 1: cultivadas en macetas con tierra negra tradicional. Sus raíces son completamente blancas y sus hojas son verdes.

• Grupo 2: cultivadas en tubos de vidrio transparente con agua y sales minerales disueltas (hidroponía), de forma que las raíces reciben luz solar continua. Tras dos semanas, estas raíces se han vuelto de color verde claro y contienen cloroplastos funcionales.

1. a) Sabiendo que todas las células de una misma planta comparten exactamente el mismo ADN, justificá por qué las raíces que crecen bajo tierra no gastan energía en formar cloroplastos y qué estímulo ha provocado que sí aparezcan en el grupo 2.
2. b) Un compañero afirma: «Como las raíces normales del grupo 1 no tienen cloroplastos, no necesitan respirar ni consumen oxígeno; la respiración celular es exclusiva de las hojas». Rebatí esta afirmación explicando de dónde obtiene la raíz la energía para absorber agua y sales, y predecí qué le ocurriría a la planta si la tierra se inunda por completo de agua durante muchos días impidiendo la entrada de aire.

En el laboratorio disponés de un microscopio óptico cuyo límite de resolución es de $0,2\ \mu\text{m}$ ($200\ \text{nm}$). Observás células de epidermis de cebolla y consultás estos datos de tamaño medio:

• Célula de cebolla: $150\ \mu\text{m}$

• Núcleo: $10\ \mu\text{m}$

• Mitocondria: $2\ \mu\text{m}$

• Ribosoma: $0,025\ \mu\text{m}$ ($25\ \text{nm}$)

• Grosor de la membrana plasmática: $0,008\ \mu\text{m}$ ($8\ \text{nm}$)

1. a) Analizá los datos y deducí justificadamente cuáles de estas estructuras vas a poder observar con claridad con tu microscopio óptico y cuáles te va a resultar imposible ver con él, por mucho que aumentes la imagen.
2. b) Un compañero entrega su carpeta de prácticas con un dibujo de la célula de cebolla vista al microscopio en el que dibujó con gran detalle decenas de ribosomas flotando en el citoplasma y la doble capa de lípidos de la membrana. Justificá por qué el profesor le dice que ese dibujo no es fruto de la observación real.
3. c) ¿Qué tipo de microscopio hizo falta inventar para descubrir y fotografiar los ribosomas? Explicá en qué se diferencia principalmente del microscopio óptico para conseguir un nivel de detalle tan elevado.

En un debate de clase, un estudiante defiende la siguiente idea: «Dado que todas las células eucariotas de nuestro cuerpo poseen los mismos tipos de orgánulos, todas las células tienen exactamente la misma proporción de ellos y realizan un esfuerzo metabólico similar».

Para rebatir su afirmación, disponés de información sobre tres células humanas especializadas:

• Célula A (fibra del músculo cardíaco): late y bombea sangre sin descanso durante toda la vida.

• Célula B (célula del páncreas): fabrica y secreta al tubo digestivo miles de proteínas digestivas por minuto, empaquetándolas en vesículas.

• Célula C (macrófago, un glóbulo blanco): patrulla los tejidos englobando bacterias y destruyéndolas mediante digestión celular interna.

1. a) Deducí y justificá qué orgánulo específico (mitocondrias, retículo endoplasmático/aparato de Golgi, o lisosomas) debe estar especialmente hiperdesarrollado en cada una de estas tres células para que puedan cumplir su función.
2. b) Predecí qué le ocurriría al corazón de un paciente si una toxina bloqueara de forma selectiva la función de las mitocondrias de las células del tipo A.

Un equipo de medicina regenerativa quiere reparar el tejido muscular del corazón de un paciente que ha sufrido un infarto, donde miles de células contráctiles han muerto. Para intentar reconstruir el tejido, se analizan tres posibles tipos celulares del propio paciente:

1. Glóbulos rojos maduros.

2. Células maduras de la piel (células epiteliales).

3. Células madre pluripotentes.

1. a) Justificá por qué los glóbulos rojos maduros quedan totalmente descartados para este tratamiento, teniendo en cuenta sus limitaciones estructurales y su capacidad de división.
2. b) Las células de la piel sí tienen núcleo y se dividen con facilidad. ¿Por qué tampoco serviría inyectarlas directamente en el corazón para recuperar el latido? Relacioná tu respuesta con el concepto de diferenciación y especialización celular.
3. c) Explicá por qué las células madre son la única alternativa válida. ¿Qué cambios fundamentales deberán experimentar en su citoplasma (qué orgánulos deberán multiplicar en gran número y qué función deberán asumir) para llegar a comportarse como células cardíacas funcionales?