FISIOLOGÍA HUMANA.
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FISIOLOGÍA HUMANA Este tema trata de: • La célula y el ciclo celular. Muy importante leer con detenimiento el ciclo celular. Tiene muchas referencias EIR y determina los principios de la oncología. También es importante estudiar en este apartado las bases de la genética. LA ESTRUCTURA DE LA CÉLULA El interior de la célula está compuesto de dos grandes porciones (Ver Imagen 1): v El citoplasma. v El núcleo. Dentro del citoplasma se encuentran unas inclusiones citoplasmáticas llamadas orgánulos celulares, a su vez rodeados o no de una membrana, que flotan en un líquido llamado citosol. © SH. Nguyen 1 La célula y los tejidos Núcleo celular Nucléolo Membrana externa Aparato de Golgi Membrana interna Cresta mitocondrial Mitocondria Retículo endoplasmático rugoso (ergastoplasma), con los ribosomas Lípidos Proteínas Membrana citoplasmática Centríolo Poro Membrana nuclear Imagen 1. Estructura de la célula LA MEMBRANA PLASMÁTICA O CELULAR (CITOPLASMA) El grosor de la membrana plasmática es de 6 a 10 nm y está constituida por lípidos y proteínas (Ver Imagen 2). Los lípidos tienen un polo hidrófilo (fosfolípidos o glucolípidos) y un polo hidrófobo (un ácido graso). Su función consiste en: v La protección del medio intracelular frente al medio extracelular. v El transporte de sustancias desde el medio intracelular hacia el medio extracelular y viceversa. v El reconocimiento de ciertos productos activos en la célula, que para ejercer su acción deben ser “reconocidos” por la membrana de la misma (p. ej.: las hormonas). v La cohesión, así como el reconocimiento de las células entre sí. 22 © SH. Nguyen FISIOLOGÍA HUMANA Polo hidrófilo Doble capa de fosfolípidos Polo hidrófobo Proteína Imagen 2. Estructura de la membrana plasmática: vista al microscopio electrónico EL NÚCLEO CELULAR El núcleo celular es indispensable para la vida: contiene la mayor parte de la información genética. Esta información está incluida en una fina red de filamentos, la cromatina, que al condensarse da lugar a los cromosomas. El núcleo dirige la síntesis de todas las proteínas del organismo y comprende (Ver Imagen 3): © SH. Nguyen v El nucleoplasma o medio nuclear. v La cromatina. v El nucléolo. Microfilamentos Membrana plasmática Vesícula secretora Ribosoma libre Lisosoma Retículo endoplasmático liso Microtúbulo Mitocondria Centríolo Aparato de Golgi Retículo endoplasmático rugoso Núcleo celular Membrana nuclear Ribosoma ligado Nucléolo Imagen 3. Célula y organelas. Corte de una célula vista al microscopio electrónico LOS RIBOSOMAS Su función es la síntesis de las moléculas de proteínas a partir de los aminoácidos. EL RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO Se puede distinguir: v El retículo endoplasmático rugoso (RER) tiene la función de almacenar y distribuir las proteínas de los ribosomas en otros orgánulos celulares o bien excretarlas fuera de la células. 3 MANUAL DAE DE ENFERMERÍA. EIR • v El retículo endoplasmático liso (REL) cumple la función de realizar la síntesis de lípidos y lipoproteínas, así como servir de almacén de calcio. EL APARATO DE GOLGI Su función es recuperar las proteínas sintetizadas por los ribosomas, seleccionarlas y distribuirlas según su destino. LAS MITOCONDRIAS Su función es la de garantizar los procesos químicos que permiten el abastecimiento de energía a las células; la energía producida por una célula es el ATP (trifosfato de adenosina). Son vesículas que contienen enzimas. Las enzimas son moléculas de origen proteico capaces de destruir, mediante reacción química, numerosas sustancias. EL ESQUELETO DE LA CÉLULA (CITOESQUELETO) Está constituido por: v Microfilamentos proteicos: la actina. v Filamentos intermedios bastante flexibles de naturaleza proteica. v Filamentos proteicos gruesos: la miosina. LOS CENTRÍOLOS Cada centríolo consta de 27 microtúbulos reunidos en nueve grupos de tres. Su función es dirigir, a modo de “imanes”, el sentido de la división celular. LAS VACUOLAS Almacenan las sustancias que la célula ha utilizado o los desechos de orgánulos de orígenes diversos. LA ACTIVIDAD GENÉTICA DE LA CÉLULA La información genética necesaria para la formación de las proteínas está codificada dentro de la estructura del ADN (ácido desoxirribonucleico) situado en el núcleo celular. El ADN dirige la síntesis de las proteínas enviando las instrucciones. Estas instrucciones son interpretadas y ejecutadas por otros elementos celulares: los genes. Por lo tanto, las proteínas se fabrican a partir de órdenes dadas por los genes. Las proteínas están constituidas por una serie de elementos situados uno detrás de otro, los aminoácidos. Cada aminoácido posee un nombre. Según el número y el orden en que estos se hallen se constituye una proteína específica. LOS ÁCIDOS NUCLEICOS Son moléculas responsables de las siguientes funciones: v Almacenamiento de la información genética. v Transmisión de la información genética de los padres a su descendencia. v Transmisión de la información genética de una a otra célula de un mismo organismo. Existen dos tipos de ácidos nucleicos: v El ácido desoxirribonucleico o ADN. El ADN almacena la información genética en el núcleo de la célula, da las órdenes. v El ácido ribonucleico o ARN. El ARN descodifica la información genética en instrucciones y las ejecuta. Ambos están constituidos por secuencias de elementos llamados nucleótidos. EL NUCLEÓTIDO Es la unidad básica de los ácidos nucleicos. Está compuesto por: un radical fosfato, un azúcar y una base. Existen dos tipos de bases: v Las bases púricas, denominadas adenina (A) y guanina (G). v Las bases pirimídicas, denominadas timina (T) y citosina (C). 4 FISIOLOGÍA HUMANA No existe timina (T) en el ARN. Esta es reemplazada por el uracilo (U), que es una base del mismo tipo. La regla de apareamiento es la siguiente: v La adenosina (A) solo se puede unir con la timina (T) o con el uracilo (U). v La guanina (G) s únicamente se puede unir con la citosina (C). © SH. Nguyen © SH. Nguyen El ADN está constituido por dos cadenas de polinucleótidos (es decir, un gran número de nucleótidos unidos entre sí). Las dos cadenas se enrollan entre sí de manera que forman una doble hélice, llamada bicatenaria (Ver Imágenes 4 y 5). Un solo error en la secuencia de nucleótidos provoca una anomalía de la síntesis de una proteína y la aparición de una anomalía genética, incluso de una enfermedad genética. Bases Fosfato Desoxirribosa Azúcar: desoxirribosa Fosfato Bases Las dos cadenas se unen la una con la otra y son complementarias por sus bases Imagen 4. Estructura bicatenaria de una molécula de ADN en doble hélice de la molécula de ADN Imagen 5. Estructura en doble hélice de la molécula de ADN El ARN, a diferencia del ADN, está constituido por una sola cadena de nucleótidos. El ARN es una molécula de menor tamaño que puede atravesar la membrana del núcleo celular. v El gen es una porción de ADN. Es la unidad de información hereditaria. v La proteína es una secuencia específica de aminoácidos. v Los aminoácidos son las unidades estructurales de las proteínas. El transporte de la orden genética de ADN a la proteína se efectúa en dos fases: v El mensaje debe ser transmitido del ADN al ARN mensajero (ARNm). Esta etapa es la transcripción (Ver Imágenes 6 y 7). La transcripción se inicia por la rotura de las uniones que existen entre las bases de la doble hélice de ADN, de tal forma que una parte de la hélice se desenrolla y las dos cadenas se separan. v El mensaje contenido en el ARNm después de la transcripción se utiliza para formar la proteína. Esta etapa es la de traducción (Ver Imágenes 8 y 9). Cuando alcanza el citoplasma, la molécula de ARNm se une a un ribosoma. Interviene aquí otro ARN (de menor tamaño), el ARN de transferencia o ARNt. Cada codón del ARNm se enfrenta a un anticodón de ARNt. Una vez realizada la unión entre los dos aminoácidos, el primer ARNt abandona, mientras que el segundo ARNt, ocupa la situación del primero, aportando un aminoácido a la cadena. 5 © SH. Nguyen MANUAL DAE DE ENFERMERÍA. EIR • ADN ARNm Polimerasa Obsérvese que la cadena del ARNm es estrictamente complementaria a la cadena de ADN transcrita; esta es comparable a la cadena de ADN no transcrita, pero en el ARNm, el uracilo reemplaza a la timina © SH. Nguyen Imagen 6. Sistema de transcripción: formación del ARN mensajero dentro del núcleo celular P = secuencia de nucleótidos «promotores» T = secuencia terminal ADN ARNm 1 Codón 2 Codón 3 Codón n Codón Terminal (codón de terminación) • Los nucleótidos serán leídos mediante sus codones • Cada trío de bases forma un codón © SH. Nguyen Imagen 7. Fin de la transcripción: el ARN mensajero está formado Aminoácido: alanina Subunidad 60S ARNt específico de la alanina Anticodón específico complementario del codón del ARNm ARNm Codón de la alanina A un codón de ARNm le corresponde un anticodón de ARNt; codón y anticodón son específicos en el caso del aminoácido alanina que se presenta El ARNt ha sido voluntariamente esquematizado en un extremo; este tiene la misma constitución que un ácido ribonucleico; dentro del ARNt se indica una base específica, la inosina Imagen 8. Esquema de la traducción (detalle) 6 © SH. Nguyen FISIOLOGÍA HUMANA Formación de la cadena proteica ARNt liberado de su aminoácido ARNt específico de la valina ARNm A ARNt ARNt ARNm B Cuando el ribosoma se desplaza a lo largo de la cadena de ARNm, los aminoácidos sucesivos se van añadiendo a la cadena proteica Imagen 9. Traducción: formación de la cadena proteica (A) y (B) EL CICLO CELULAR El ciclo celular se divide en dos fases: v Interfase, es el periodo comprendido entre divisiones celulares. Es la fase más larga del ciclo celular, ocupando casi el 95% del ciclo; transcurre entre dos mitosis y se divide en tres subetapas: G1, S y G2: • El estado o etapa G1, del inglés Growth o Gap1 (Intervalo 1), es la primera fase del ciclo celular, en la que existe crecimiento celular con síntesis de proteínas y de ARN. Es el periodo que trascurre entre el fin de una mitosis y el inicio de la síntesis de ADN. Es la más variable en duración de entre 6 y 12 horas, por lo que determina el tiempo de vida de la célula (EIR 03, 30), y durante este tiempo la célula duplica su tamaño y masa debido a la continua síntesis de todos sus componentes, como resultado de la expresión de los genes que codifican las proteínas responsables de su fenotipo particular. • Etapa de síntesis (S): en esta etapa la célula duplica su material genético (EIR 04, 12) para pasarle una copia completa del genoma a cada una de sus células hijas. • Etapa G2 (intervalo), del inglés Growth o Gap2 (Intervalo 2), es el tiempo que transcurre entre la fase S y el inicio de la mitosis (la célula se prepara para mitosis). Tiene una duración entre 3 y 4 horas. Termina cuando la cromatina empieza a condensarse al inicio de la mitosis. Las células cancerosas pueden terminar el ciclo celular con más rapidez, reduciendo el tiempo que pasan en la fase G1 y las posibilidades de entrar o permanecer en la fase G0, con lo que se dividen de forma continua. v Etapa M (mitosis): incluye la mitosis o reparto de material genético nuclear (donde se divide la cromatina duplicada de modo tal que cada célula hija obtenga una copia del material genético o sea un cromosoma de cada tipo) y la citocinesis (división del citoplasma). LA DIVISIÓN CELULAR O MITOSIS v Una célula es capaz de reproducirse. Al reproducirse la célula, transmite la totalidad de su material celular y, en particular, de su material genético, el ADN. v El proceso de la división celular se denomina mitosis. Durante la mitosis, tiene lugar la replicación del ADN. Por tanto, replicación es el nombre que se da al mecanismo que consiste en la formación, a partir de una molécula de ADN, de otra molécula de ADN totalmente idéntica (Ver Imagen 10). 7 MANUAL DAE DE ENFERMERÍA. EIR • © SH. Nguyen v Los cromosomas son moléculas de ADN extremamente condensado con el fin de facilitar un reparto equitativo del material genético durante la división celular. Contienen la totalidad del patrimonio genético del individuo. Con la excepción de las células reproductoras masculinas y femeninas, las células humanas contienen, cada una de ellas, 46 cromosomas o, de forma más exacta, 23 pares de cromosomas. En realidad, cada par de cromosomas morfológicamente idénticos constituye un cromosoma homólogo. Molécula de ADN inicial Nucleótido Base Azúcar Fosfato Nueva molécula de ADN I Nueva molécula de ADN II Imagen 10. Replicación del ADN. Los nucleótidos libres se unen a través de sus bases con las bases de cada ADN: nacen dos nuevas moléculas de ADN Etapas de la mitosis La mitosis se lleva a cabo a través de las siguientes etapas concretas (Ver Imagen 11): EIR v Profase. En ella se hacen patentes un cierto número de filamentos dobles: los cromosomas. Cada cromosoma constituido por dos cromátidas, que se mantienen unidas por un estrangulamiento que es el centrómero. Cada cromátida corresponde a una larga cadena de ADN. Al final de la profase ha desaparecido la membrana nuclear y el nucléolo. v Metafase. Se inicia con la aparición del huso, donde se insertan los cromosomas y se van desplazando hasta situarse en el ecuador del huso (EIR) formando la placa metafásica o ecuatorial. v Anafase. En ella el centrómero se divide y cada cromosoma se separa en sus dos cromátidas. Los centrómeros emigran a lo largo de las fibras del huso en direcciones opuestas, arrastrando cada uno en su desplazamiento a una cromátida. v Telofase. Los dos grupos de cromátidas comienzan a descondensarse, se reconstruye la membrana nuclear alrededor de cada conjunto cromosómico, lo cual definirá los nuevos núcleos hijos. A continuación tiene lugar la división del citoplasma. La anafase constituye la fase crucial de la mitosis, porque en ella se realiza la distribución de las dos copias de la información genética original. 8 © SH. Nguyen FISIOLOGÍA HUMANA Cromosoma Huso de microtúbulos Centríolos Placa ecuatorial CÉLULA MADRE EN INTERFASE PROFASE Pliegue membranal METAFASE 2 células hijas ANAFASE DESPUÉS DE LA TELOFASE Imagen 11. Esquema de la mitosis LA APOPTOSIS La apoptosis o muerte celular programada es el proceso ordenado de muerte de una célula ante estímulos extra o intracelulares (EIR 03, 27; EIR 09, 1). EIR La apoptosis es fundamental en los siguientes procesos: v Remodelado durante el desarrollo embrionario. Un ejemplo puede ser la eliminación de las zonas interdigitales. v Desarrollo de órganos y sistemas. El establecimiento del correcto circuito de conexiones neuronales durante el desarrollo necesita que las neuronas que no establezcan contactos sinápticos mueran por apoptosis. También en el establecimiento de un repertorio inmune adecuado es necesario que los linfocitos T que reconocen antígenos propios mueran en el proceso de selección negativa. v Mantenimiento de la homeostasis celular. Es crucial el manteniendo de un número determinado de células estableciendo un equilibrio entre división y muerte celular. En sistemas como la médula ósea o el aparato digestivo es especialmente importante que los procesos de apoptosis funcionen adecuadamente. v Defensa frente a patógenos. Células infectadas por virus o bacterias disparan procesos de apoptosis como defensa. v Defensa frente al desarrollo de tumores. Procesos de apoptosis también protegen frente al desarrollo de algunos tipos de tumores. OTRAS FUNCIONES CELULARES LA NUTRICIÓN La célula capta dentro del medio extracelular los materiales, llamados nutrientes, y vierte al medio extracelular los productos de degradación no utilizables o tóxicos. Existen dos tipos de transporte transmembranal: v Un transporte pasivo, que no requiere energía alguna. En este sistema de transporte se encuentran la difusión y la ósmosis. v Un transporte activo, que requiere energía y la participación de proteínas membranales. La difusión Es un transporte pasivo en el cual el flujo se dirige siempre desde la concentración más elevada a la más baja, puede realizarse a través de: v La capa de lípidos. v Los conductos o poros que se encuentran entre las proteínas de la membrana plasmática. 9 MANUAL DAE DE ENFERMERÍA. EIR • La ósmosis © SH. Nguyen Se corresponde a un desplazamiento de las moléculas del agua a través de la membrana plasmática. Estos desplazamientos se efectúan siempre según un gradiente de concentración. A través de la membrana plasmática, los desplazamientos del agua discurren siempre de una zona de baja concentración en solutos a una zona de alta concentración en solutos (Ver Imagen 12). Agua Imagen 12. Esquema del desplazamiento de las moléculas de agua a través de la membrana plasmática (ósmosis) Otros tipos de intercambio: la endocitosis y la exocitosis (Ver Imagen 13) La endocitosis Se distinguen dos tipos de endocitosis (Ver Imagen 14): v La fagocitosis corresponde a la captura de partículas sólidas más o menos grandes. v La pinocitosis corresponde a la captura de pequeñas cantidades de líquido extracelular. © SH. Nguyen © SH. Nguyen La exocitosis Puede considerarse como el fenómeno inverso a la endocitosis; es un sistema que permite liberar las sustancias intracelulares al medio extracelular. Medio extracelular Célula Citoplasma Núcleo Endocitosis Exocitosis Transferencia intracelular de una sustancia Imagen 13. Mecanismos de endocitosis y exocitosis Digestión de una sustancia captada por la célula mediante endocitosis Imagen 14. Endocitosis: utilización LA RESPIRACIÓN Como consecuencia de la producción de una gran cantidad de energía, tiene lugar en la mitocondria. El combustible que se utiliza es la glucosa, cuya degradación en presencia de oxígeno produce dióxido de carbono y agua (H2O). Esta reacción química, llamada de óxido-reducción, es la base del proceso de la respiración celular. 10 FISIOLOGÍA HUMANA DIFERENCIACIÓN DE LOS TEJIDOS DEL ORGANISMO Cuando las células diferenciadas contraen vínculos estrechos con otras células diferenciadas semejantes, forman una unidad llamada tejido. LOS TEJIDOS EPITELIALES O EPITELIOS La función de los epitelios de revestimiento consiste en proteger los tejidos subyacentes (Ver Imagen 15). v Según la forma de las células se distinguen: • Epitelio pavimentoso: células aplanadas que forman un pavimento. • Epitelio cúbico: células tan altas como anchas. • Epitelio cilíndrico (o prismático): células alargadas. © SH. Nguyen v Según el número de capas celulares se distinguen: • Epitelio simple: una sola capa celular. • Epitelio estratificado: varias capas superpuestas. Epitelio pavimentoso estratificado Epitelio pavimentoso simple Membrana basal Membrana basal Tejido conectivo Tejido conectivo Epitelio cúbico simple Cilios vibrátiles Epitelio cilíndrico (prismático estratificado) Membrana basal Membrana basal Tejido conectivo Tejido conectivo Imagen 15. Epitelios de revestimiento El papel de los epitelios glandulares es elaborar sustancias útiles para el organismo (Ver Imagen 16). Las células glandulares se agrupan en órganos denominados “glándulas” y pueden adquirir formas diversas: v Según la forma de las glándulas se distinguen: • Glándula tubular. • Glándula acinar. • Glándula trabecular. • Glándula reticular. • Glándula vesicular. • Glándula alveolar. v Según el modo de secreción se distinguen: • Glándula exocrina: - Apocrinas (EIR). - Holocrinas. - Merocrinas. EIR • Glándula endocrina. • Glándula mixta. Los epitelios se sustentan siempre sobre un tejido conjuntivo a través de una membrana continua que asegura su cohesión: la membrana basal. Los epitelios no contienen vasos sanguíneos ni vasos linfáticos, de modo que reciben los nutrientes del tejido conectivo subyacente mediante un fenómeno de difusión a través de dicha membrana. 11 © SH. Nguyen MANUAL DAE DE ENFERMERÍA. EIR • Glándula tubular recta Glándula acinar Glándula trabecular reticulada Glándula vesicular Glándula alveolar Glándula tubular contorneada Glándula tubular en ovillo Glándula con estructura difusa Imagen 16. Principales tipos de epitelio glandular Variantes epiteliales EIR EIR v El endotelio es un epitelio pavimentoso simple, compuesto por una capa delgada de células que tapizan el interior del corazón y de los vasos sanguíneos. v La mucosa es una membrana de revestimiento de los órganos (EIR 10, 5) en relación con el medio externo. Un ejemplo lo constituye la mucosa del tubo digestivo. En una definición precisa la mucosa incluye el epitelio, la membrana basal, encima de la cual se sustenta, y el tejido conjuntivo subyacente. v La serosa o membrana serosa, constituye un epitelio simple, pavimentoso, que se sustenta sobre su membrana basal y sobre una capa más delgada de tejido conectivo subyacente a la membrana basal. La membrana serosa es una membrana que recubre las vísceras (EIR 10, 5) y tapiza las cavidades que las alojan (estas cavidades nunca comunican con el exterior). Las membranas serosas del organismo comprenden: • La pleura, que recubre los pulmones y tapiza la cavidad torácica. • El pericardio, que recubre el corazón. • El peritoneo, que envuelve las vísceras abdominales y tapiza el interior de la cavidad abdominal. • La vaginal-testicular, que recubre los testículos y tapiza el interior de sus bolsas. EL TEJIDO CONECTIVO Es un tejido formado por células poco diferenciadas y con abundante sustancia intercelular. Se encarga de unir o ligar entre sí a los demás tejidos, proporcionándoles sostén y nutrición. Es el tejido que tiene la distribución más amplia en el organismo. EIR Los tejidos conectivos derivan del mesénquima, que es un tejido embrionario que deriva del mesodermo (hoja germinal media) (EIR 10, 5). Los elementos del tejido conectivo son: v Elementos celulares: • Los fibrositos, células fijas que no pueden efectuar ningún movimiento. • Los histiocitos, células móviles que poseen la capacidad de fagocitar. • Los adipocitos, que acumulan lípidos. 12 FISIOLOGÍA HUMANA v Elementos fibrosos: • Fibras de colágeno, proporcionan resistencia a la tracción. • Fibras de elastina, proporcionan elasticidad. • Fibras de reticulina (EIR), proporcionan unión a las demás estructuras. EIR Las clases de tejido conectivo comprenden: © SH. Nguyen v Laxo: cantidad equilibrada de células y fibras (Ver Imagen 17). v Denso: pocas células, pero muchas fibras (dermis, ligamentos, aponeurosis). v Elástico: red de fibras (paredes arteriales). v Adiposo: abundan adipositos. Fibra elástica Histiocito Fibroblasto Líquido intersticial Fibras de colágeno Imagen 17. Esquema del tejido conectivo laxo Te conviene recordar • El interior de la célula está compuesto de dos grandes porciones: el citoplasma y el núcleo. • La información genética necesaria para la formación de las proteínas está codificada dentro de la estructura del ADN (ácido desoxirribonucleico) situado en el núcleo celular. • Una célula es capaz de reproducirse. Al reproducirse transmite la totalidad de su material celular y, en particular, de su material genético, el ADN. La división celular se denomina mitosis. Bibliografía • De la Fuente Ramos M (coord.). Enfermería médico-quirúrgica. Colección Enfermería S21. 2ª ed. Madrid: Difusión Avances de Enfermería (DAE); 2009. • Investigación Biosanitaria de Andalucía Oriental (FIBAO). Medicina molecular: apoptosis. [En línea] [fecha de acceso: 1 de enero de 2014]. URL disponible en: http://medmol.es/glosario/60/ • Nguyen SH. Manual de Anatomía y Fisiología humana. Madrid: Difusión Avances de Enfermería (DAE); 2007. • Vigué J (ed.). Atlas del cuerpo humano. Barcelona: Grupo Ars XXI de Comunicación; 2009. 13
