Trabajo Práctico Nº 1: Microscopía y Célula

Transcripción

1 Trabajo Práctico Nº 1: Microscopía y Célula ALGUNOS CONCEPTOS IMPORTANTES: - X : Las lentes aumentan la imagen de los objetos observados. La X indica la cantidad de veces que la lente aumenta el tamaño de la imagen obtenida. Ejemplo: un valor de 20X indica que la lente aumenta 20 veces el tamaño de la imagen en relación al tamaño real del objeto. - Unidades: Las unidades usadas habitualmente para medir objetos (metro, centímetro) no son útiles para medir células. Por lo tanto, se usan submúltiplos del metro como el micrómetro (µm), el nanómetro (nm) y el ángstrom (Å), que permiten asignar valores numéricos de pocas cifras a estructuras muy pequeñas. 1 µm = 1x10-3 mm 1 nm = 1x10-6 mm 1 Å = 1x10-7 mm - Poder de resolución (PR): Es la posibilidad de distinguir a dos objetos separados muy cercanos entre sí, por lo que representa la mínima distancia que debe haber entre dos objetos para que sean percibidos como objetos separados. Cuanto mayor sea el PR, menor será la distancia entre dos puntos a la cual pueden distinguirse como tales. El ojo humano tiene un PR aproximado de 100 µm, las células eucariotas miden entre µm de diámetro (salvo excepciones) y las células procariotas entre 1-5 µm. - Aumento: Es la proporción entre el tamaño de la imagen obtenida al microscopio y el tamaño real del objeto. El aumento total (AT) es el producto del aumento del ocular por el objetivo. Ejemplo: si se observa una hifa de un hongo usando un objetivo de 40X y un ocular de 10X, la muestra se observará con un AT = 400 veces. Y si la hifa tiene un diámetro de 0,45 µm, el tamaño final observado es de 0,45 µm x 40 x 10 = 180 µm = 0,18 mm. - Campo observado: Es la porción del preparado incluida en la imagen. El tamaño del campo observado es inversamente proporcional al AT del microscopio y, por eso, las lentes de menor aumento son útiles para explorar al preparado. - Índice de refracción (n): El índice de refracción de un medio es el cociente entre la velocidad de la luz en el vacío ( km/s) y la velocidad de la luz en ese medio. No tiene unidades y siempre es mayor o igual que 1. INTRODUCCIÓN: Durante mucho tiempo las personas no imaginaron la existencia de las células porque el ojo humano es incapaz de percibir objetos menores a 0,1 mm y las células, en general, tienen un tamaño menor. Las lentes, llamadas así por ser parecidas a las lentejas, empezaron a usarse a principios del siglo XVII. Antes se daba por sentado que los seres vivos más pequeños eran insectos diminutos pero, gracias al 3

2 descubrimiento del microscopio, la Biología amplió sus conocimientos al permitir observar y descubrir estructuras hasta entonces invisibles. El concepto de célula fue utilizado por primera vez en el siglo XVII cuando el científico Robert Hooke observó, usando un microscopio, que el corcho estaba constituido por cavidades separadas por paredes a las que denominó células, es decir pequeñas celdas. El botánico Matthius Schleiden, en 1838, concluyó que todos los tejidos vegetales consistían en masas organizadas de células. En 1839, el zoólogo Theodor Schwann extendió esas observaciones sobre el reino animal y postuló la Teoría Celular que planteó que todos los seres vivos están formados por células. Desde el enunciado de 1839 las ideas propuestas fueron la base para seguir estudiando a la célula y, los conocimientos acumulados hasta hoy, permiten seguir con nuevas investigaciones aportando mayor conocimiento sobre su estructura y sobre el funcionamiento de los seres vivos. En la actualidad la Teoría Celular postula que: - todos los seres vivos están formados por una o más células. - la célula es la unidad estructural y funcional de los seres vivos. - las células se originan a partir de otras células. - las células contienen el material genético que permite la transmisión de los caracteres hereditarios a la descendencia. Además, hoy se considera que todas las células comparten dos componentes esenciales: - la membrana celular o membrana plasmática que separa el contenido celular del ambiente en el que se encuentra. - el material genético, relacionado con el control de las funciones celulares y con la posibilidad de transmitir sus caracteres. En la actualidad, las células y sus partes pueden ser observadas mediante microscopios. Estos pueden ser simples o compuestos. Los microscopios simples están representados por la lupa simple y por la lupa binocular. La lupa simple está formada por una lente biconvexa o plano convexa. El objeto de observación se ubica entre el foco y la lente, obteniéndose una imagen virtual derecha y aumentada. El aumento máximo que se puede conseguir es de 20X y generalmente son lupas de uso manual. Las lupas binoculares están compuestas por un solo sistema de lentes convergentes montados sobre una estructura fija. El objeto se observa mediante la luz que se refleja en su superficie. Este tipo de microscopio es muy útil para observar objetos opacos que debido a su tamaño deben ser observados con poco aumento. El PR es cercano a 50 µm. El Microscopio Óptico Compuesto (MOC) es el más usado y utiliza luz visible. Desde 1660 hasta hoy, el MOC fue fundamental para conocer lo invisible y, aunque su PR y de magnificación aumentó con el tiempo, el factor que limitó su uso es la longitud de onda de la luz. Su PR es cercano a 0,8 µm. En 1930 apareció el Microscopio Electrónico (ME), cuya ventaja sobre el MOC fue un PR mayor (~ 1Å) lo que generó una mejor definición y magnificación de lo observado, pudiéndose observar ADN, virus y pequeñas organelas por primera vez. 4

3 El siguiente esquema sirve para comparar el poder de resolución entre los diferentes microscopios: Gracias al avance en la microscopía se pudo determinar que no todas las células son iguales en tamaño, estructuras y organelas. El modo en que se organiza el material genético es una de las características que distinguen a dos tipos fundamentales de células: las células procariotas y eucariotas. Las células de los animales, plantas, hongos, protozoos y algas son eucariotas, lo que significa células con verdadero núcleo. Si bien hay diferencias entre ellas, todas poseen el material genético rodeado por una membrana que lo separa del resto de la célula conformando el núcleo celular. Las bacterias, cianobacterias y arqueobacterias están compuestas de células procariotas, que significa anteriores a las que tienen verdadero núcleo, en las que el material genético está compuesto por una molécula grande y circular de ADN que no está contenido dentro de un núcleo, aunque está ubicado en una región del citoplasma denominada nucleoide. Aunque ambos tipos de células contienen ribosomas en el citoplasma, las células eucariotas presentan organelas incluidas dentro de membranas (ej. cloroplastos y mitocondrias). Por lo que las funciones celulares que ocurren en las distintas organelas permiten una mejor distribución de las tareas intracelulares. En definitiva, el material genético protegido en el núcleo y una estructura celular más compleja, les ha otorgado nuevas posibilidades funcionales, como ser la multicelularidad y la diferenciación celular que llevó a la formación de diversos tejidos y órganos. Las células procariotas presentan una pared celular por fuera de la membrana celular, que es elaborada por la propia célula. Algunas células eucariotas (plantas, hongos y algas) también presentan pared celular, pero su estructura es muy diferente a la de las procariotas. Las demás células eucariotas (animales y protozoarios) carecen de pared celular. La pared celular de las procariotas (Dominio Bacteria) presenta dos configuraciones distintas, que son distinguibles por su capacidad de combinarse o no con el colorante violeta de genciana. Las bacterias que se combinan con el colorante se denominan Gram-positivas y las que no lo hacen como Gram-negativas. La coloración de Gram se usa para la clasificación de las bacterias porque refleja diferencias en la arquitectura de la pared celular. Otra característica que distingue a las células procariotas de las eucariotas es que estas últimas son, en general, de mayor tamaño. 5

4 MICROSCOPIOS 1. Microscopio Estereoscópico de disección o Lupa Binocular: Puede aumentar el tamaño de un objeto entre veces y permite una visión ampliada y en relieve de objetos opacos y transparentes que por ser pequeños necesitan poco aumento. Se lo utiliza para ver en detalle a pequeños individuos y sus partes (artrópodos, algas, hongos, huevos de anfibios, etc). Este tipo de microscopio tiene 2 objetivos y 2 oculares y la imagen que se obtiene es virtual, tridimensional y derecha. 2. Microscopio Óptico Compuesto (MOC): Permite observar células y reconocer algunas de sus partes, pero para observar estructuras celulares menores y sus detalles se necesita mayor aumento y, sobre todo, mayor PR. Se pueden obtener imágenes aumentadas hasta veces el tamaño real. La imagen que se obtiene es virtual, bidimensional e invertida. Está formado por un sistema óptico destinado a iluminar y a magnificar el objeto examinado y un sistema mecánico para sostener al sistema óptico y al objeto que se va a examinar. Sistema Mecánico. También llamado estativo o montura está formado por: - Tubo: sostiene a los oculares y objetivos y los mantiene separados por la distancia de trabajo correcta. - Revólver: porta a los objetivos y permite colocarlos en la posición de trabajo alternativamente. - Brazo: une el tubo con la platina. - Tornillo de cremallera, de avance rápido o macrométrico: mueve la platina verticalmente acercando de modo rápido el objeto al objetivo. - Tornillo de ajuste fino o micrométrico: permite enfocar con precisión al mover a la platina lentamente. - Platina: sostiene el preparado a observar, el que se coloca sobre una perforación que hay en el centro de la platina y que deja pasar la luz que se proyecta de la lámpara de iluminación. - Pinzas: sostienen al preparado con firmeza sobre la platina. - Base o pie: sirve de soporte al microscopio y por su peso da estabilidad al aparato. Sistema Óptico. Formado por 2 lentes (objetivo y ocular) y por el aparato de iluminación. - Objetivo: formado por un sistema de lentes convergentes de distintos aumentos, aumenta la imagen del objeto proyectándola sobre el ocular. Hay 2 tipos de objetivos que se diferencian por su composición o por el modo de utilización. Los objetivos a seco, en donde hay aire entre la lente y el preparado, siendo los más usados los de 4, 10, 20, 40 y 45X. Los objetivos de inmersión deben presentar entre la lente y el preparado un medio transparente con un índice de refracción superior al del aire (n = 1) y parecido al del vidrio (n = 1,5). Los más usados son los de 100X. - Ocular: recibe la imagen reflejada por el objetivo, aumenta aún más la imagen del objeto y la proyecta sobre el ojo del observador. Está compuesto por la lente inferior o colectora y la superior o lente ocular. - Aparato de iluminación: ubicado debajo de la platina. Está compuesto por: - El condensador concentra los rayos luminosos sobre el preparado. - El diafragma regula la cantidad de luz que va a pasar a través del preparado. Está ubicado inmediatamente por debajo del condensador. 6

5 3. Microscopio Electrónico (ME): Con el ME se logra mayor PR porque usa un haz de electrones para iluminar la muestra, obteniéndose imágenes hasta veces más grandes. Por eso, las imágenes formadas no pueden ser captadas por el ojo humano y deben ser proyectadas en una pantalla. Hay dos tipos de microscopios electrónicos: El Microscopio Electrónico de Barrido (MEB) y el Microscopio Electrónico de Transmisión (MET), que son similares en cuanto a la fuente de energía, el tubo y el sistema de lentes. En el MEB el haz de electrones recorre la superficie del espécimen escaneándola y al reflejarse proyecta en la pantalla de televisión las irregularidades de la superficie dando una imagen tridimensional del objeto. En el MET el haz de electrones se proyecta a través de una fina capa de material atravesándola y produciendo una imagen bidimensional sobre una pantalla fluorescente, por lo que el brillo de la imagen es proporcional al número de electrones que son trasmitidos a través del material. NORMAS BÁSICAS PARA EL CUIDADO Y MANEJO DEL MOC: - Para transportar el microscopio se recomienda utilizar siempre las dos manos, sujetándolo por el brazo con una mano y sosteniéndolo del pie con la otra. - Se debe transportar en posición vertical para evitar la caída del ocular. - No enchufar el microscopio directamente en la línea trifásica, la lámpara se conecta a través de un transformador adaptado a la red de tensión de 220 V. - Antes de iniciar la observación, compruebe que los oculares, objetivos y preparados estén limpios. En caso de ser necesarios usar papel tissue para limpiarlos. - Ningún líquido debe mojar al microscopio. Las preparaciones que se colocan deben estar siempre secas. - Seleccionar al inicio de la observación el objetivo de menor aumento y cambiar de forma gradual los objetivos. - Los tornillos macro y micrométrico y el revólver deben moverse siempre con cuidado y sin apresuramientos para evitar rayar o romper las lentes. - Finalizada la observación, volver a ubicar el objetivo de menor aumento y retirar el preparado de la platina. - Al finalizar las observaciones, el microscopio debe quedar: o En su lugar definitivo sobre la mesada cubierto con su funda, dentro de su caja o dentro del armario. o Con las luces apagadas. o Con el objetivo de menor aumento en posición. o Con el condensador al tope superior. o Con la platina alta. o Con el diafragma abierto. o Con los objetivos limpios. 7

6 OBJETIVOS: - Conocer las partes que integran la Lupa Binocular y el MOC y sus normas básicas de cuidado y manejo. - Observar diferentes células para comparar tamaños relativos y escalas distinguiendo las principales características entre procariotas y eucariotas. - Observar diferentes morfologías de las células procariotas. - Observar la diversidad morfológica, las organelas y estructuras presentes en las células eucariotas. - Distinguir entre células eucariotas de animales y vegetales. MATERIALES: Biológicos: De laboratorio: Insectos Lupa binocular y MOC Nº1: preparado de bacterias a partir del yogur (Procariota)* Porta, cubreobjetos y cajas de Petri Nº2: hojas de Elodea sp (Plantae) * Pinzas, espátulas y agujas de disección Nº3: catáfilas de cebolla (Allium cepa, Plantae) * Pipetas Pasteur y ansa de siembra Nº4: amiloplastos de papa (Solanum tuberosum, Plantae) * Agua, metanol y alcohol 70% Nº5: células epiteliales humanas (Homo sapiens) * Azul de metileno y Lugol Nº6: células sanguíneas humanas (Homo sapiens) Aceite de inmersión Nº7: células espermáticas de mamífero (Peludo, Chaetophractus villosus) Nº8: tejido nervioso de mamífero (Peludo, Chaetophractus villosus) * Realizados durante en el TP, Preparados permanentes ACTIVIDADES: 1. Lupa Binocular: a. Reconozca los distintos elementos que la componen y rotule el siguiente esquema: 1- brazo; 2- pie; 3- tornillo de enfoque; 4- anillo de aumento; 5- oculares; 6- objetivo; 7- platina 8

7 b. Coloque un insecto en la caja de Petri, observe e identifique sus partes con distintos aumentos. Dibuje SIEMPRE la misma parte observada (una antena, una pata o un ala) sin olvidar de rotular y de indicar el aumento utilizado en cada caso. Aumento mínimo Aumento medio Aumento máximo c. Cuáles son la finalidad del objetivo y del ocular? Microscopio Óptico Compuesto: a. Reconozca los distintos elementos que lo componen y rotule el siguiente esquema:

8 b. Aumento: - Grabado en cada objetivo y ocular hay un número que indica el grado de aumento de cada uno. Calcule el aumento total (AT) para cada combinación Células procariotas: Bacterias del yogur El yogur, producido por la fermentación natural de la leche, está formado por una asociación de 2 cepas: Streptococcus termophilus y Lactobacillus bulgaricus. Realice el frotis disolviendo una porción de yogur en una gota de agua. Fije usando unas gotas de metanol. Deje secar al aire. Tiña con azul de metileno y cubra con un cubreobjetos. Observe, compare y esquematice. Empiece haciendo foco con el objetivo de menor aumento hasta llegar al objetivo de inmersión (100X). Esquematice lo que observa. Qué diferencias encuentra? Células eucariotas epiteliales: - Células de cebolla. Desprenda la epidermis interna de una catáfila y colóquela sobre un portaobjetos, añada una gota de agua y una de azul de metileno, espere un minuto y cubra con un cubreobjetos. - Células epiteliales humanas. Limpie con alcohol la espátula o cuchara, raspe la pared interna de la mejilla y extienda el material recogido en el portaobjetos. Agregue una gota de agua y una de azul de metileno y cubra con cubreobjetos. Observe al MOC y dibuje las estructuras que observa. 10

9 Compare ambos preparados considerando la forma, estructuras distinguibles y tamaños respectivos Qué otro tipo de células encuentra en el preparado de células humanas? Qué tipo de células son? Compárelas considerando las estructuras distinguibles y tamaños respectivos Neuronas (sistema nervioso). Observe el preparado de neuronas provisto por el Instructor. Esquematice e indique las estructuras. 6. Espermatozoides de peludo (células reproductivas). Observe el preparado de testículos provisto por el Instructor. Esquematice e indique las estructuras. 7. Células sanguíneas. Observe el frotis sanguíneo provisto por el Instructor. Esquematice e indique las estructuras. 11

10 8. Organelas en células vegetales: - Elodea sp. Coloque una hoja en el portaobjetos, agregue una gota de agua y el cubreobjetos. Cuide de que la cara inferior de la planta quede hacia arriba y que la hoja no se doble. Observe y esquematice. - Células de papa. Corte una lámina muy delgada de la papa y colóquela en el portaobjetos, agregue el colorante lugol y un cubreobjetos. Esquematice lo que observa. Compare ambos preparados considerando la morfología celular y las organelas presentes Microscopios. Complete la siguiente tabla: Característica Ser humano Lupa binocular MOC MEB MET PR AT Tipo de imagen Estructuras observables 10. Indique con qué tipo de microscopio puede observar las siguientes estructuras: 12

11 BIBLIOGRAFÍA: - Biología. GTP. Ingeniería en Alimentos. Universidad Nacional de Luján. - Curtis H. y S. N. Barnes Biología. 7º Edición. Editorial Panamericana. Buenos Aires. - Curtis H. y S. N. Barnes Biología. 6º Edición. Editorial Panamericana. Buenos Aires. - Introducción a la Biología. GTP. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales y Agrimensura. Universidad Nacional del Nordeste. - Introducción a la Biología. GTP. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales y Agrimensura. Universidad Nacional de Mar del Plata. - La célula y su estudio. Origen y evolución de la célula. Módulo 4. Universidad Nacional de La Plata. - Suárez H. y A. M. Espinoza La célula: unidad de los seres vivos. Biología 1. Editorial Longseller S. A. Buenos Aires. 13