Biología I

Biología
TEMA 1.LOS SERES VIVOS
1.- LA CIENCIA. EL MÉTODO CIENTÍFICO O EXPERIMENTAL
La observación es el primer eslabón en la adquisición de conocimientos
La siguiente etapa es formar una idea o concepto, elaborar un esquema lógico, es
decir, establecer hipótesis que traten de explicar las observaciones.
Evaluamos la certeza de la hipótesis mediante la experimentación. La hipótesis
científica tiene que poder ser puesta a prueba (comprobarse experimentalmente).
Si las previsiones se cumplen en la experimentación, aceptamos provisionalmente
esta hipótesis como verdadera.
2.- LA BIOLOGÍA COMO CIENCIA
El término biología fue propuesto en 1802; deriva del griego bio y logos. Se
desarrolla pues, entrado el siglo XIX.
La biología descriptiva se ocupa del “que”. La biología funcional se encarga del
“Como”. La biología evolutiva trata del “porqué”.
Los seres vivos se pueden estudiar en cuatro niveles de organización: molecular,
celular, organismos y el de poblaciones.
Los propios seres vivos se distinguen cinco categorías: animales, plantas, hongos,
protistas y moneras.
3.- CARACTERÍSTICAS DE LOS SERES VIVOS
Los seres vivos crecen, se reproducen y responden a estímulos. Si bien hay seres
que crecen y no están vivos (cristales), otros responden a estímulos y no están
vivos (nitroglicerina).
Una definición diría que son aquellos que son capaces de reproducirse y evolucionar
pero esto incluiría a los seres vivos que no son capaces de reproducirse.
La característica diferencial de los seres vivos reside en su enorme e intrincada
organización y en la posesión de un programa genético que permite hacer réplicas
de esta organización.
4.- UNIDAD DEL MUNDO VIVO
Los seres vivos tienen una unidad de composición: están constituidos por los
mismos tipos de moléculas y están unidos en el tiempo por la evolución.
Todos los seres vivos están constituidos por células, algunos por una sola célula. La
célula es la unidad básica de estructura y funcionamiento de los seres vivos.
La unidad de funcionamiento está basada en la uniformidad de los procesos químicos
que tienen lugar en el interior de la célula.
5.- SERES VIVOS Y EVOLUCIÓN
La evolución es el proceso del cambio de los seres vivos a lo largo del tiempo. Esto
implica que los seres vivos que existen actualmente descienden de especies
diferentes que existieron anteriormente.
Hay diversas teorías para explicar cómo ocurre la evolución. Darwin propone como
mecanismo evolutivo la selección natural: los individuos mejor adaptados al medio
ambiente dejarán más descendencia a su vez mejor adaptada al medio ambiente.
6.- INTERRELACIONES DE LOS SERES VIVOS. RELACIONES ECOLÓGICAS
Todos los seres vivos de un área (río, lago, país, ambiente...) determinada forman
una comunidad.
Las relaciones de dependencia de los seres vivos entre sí y con el ambiente son el
objeto de estudio de la ecología.
7.- ENERGÍA Y VIDA.
Los seres vivos necesitan energía que obtienen directamente de la luz (vegetales) o
indirectamente de las reacciones químicas. El comportamiento de la energía se rige
por las leyes de la termodinámica.
La primera ley nos dice que la suma de la materia y la energía en el universo es
constante E=m.c2. Un vegetal convierte la energía de la luz solar mediante
fotosíntesis en energía química. La primera ley nos dice que la energía no se crea
ni se destruye, solo se transforma.
La segunda ley dice que parte de la energía útil se pierde en esa transformación.
Parte de la capacidad que tiene la energía de realizar un trabajo se pierde en forma
de calor. Esta segunda ley afirma que la entropía de un sistema aislado tiende a
aumentar. La entropía vendría a ser el desorden. Ahora bien, conforme un ser vivo
se desarrolla se crea cada vez más orden, no obstante no se viola esta segunda ley,
pues se pierde mucha más energía en forma de calor que la empleada para poner
orden. Luego los seres vivos no son sistemas aislados.
8.- DIVERSIDAD DE LOS SERES VIVOS Y CLASIFICACIÓN
Hoy en día están descritas unos dos millones de especies pero se estima que pueden
existir unos diez millones.
El sistema de clasificación actual fue propuesto en el siglo XVIII por Linneo.
Clasificó a los seres vivos por especie y creó un sistema de nomenclatura en latín
binomial.
La especie es la población de individuos semejantes que se cruzan entre ellos dando
una descendencia fértil.
Linneo agrupó las especies parecidas en géneros, los géneros similares en familias,
las familias se agrupan en órdenes, estos en clases, la clase en filo y el filo en
reino.
Hoy en día se distinguen cinco reinos:
- MONERAS: organismos unicelulares con células primitivas (procariotas) a este
reino pertenecen las bacterias, hay 25000 especies
- PROTISTAS: incluye a organismos unicelulares o con una organización colonial
muy sencilla pero cuyas células tienen núcleo diferenciado (eucariotas).
Pertenecen algas y protozoos 150000 especies
- HONGOS: la mayoría son pluricelulares y con células eucariotas. Todos son
heterótrofos: necesitan nutrirse de otros seres vivos o muertos. (mohos de la
fruta, setas y levaduras). Unas 100000 especies
- PLANTAS: organismos pluricelulares que utilizan la luz solar para sintetizar su
propia energía (fotosíntesis) por tanto son autótrofos o auto suficientes. Unas
350000 especies.
- ANIMALES: organismos pluricelulares heterótrofos especies 1200000
De los nombres dados por Linneo el primero corresponde al género y el segundo a
la especie latinizados. Si una especie tiene subespecie se designa agregando una
tercera palabra. La taxonomía se dedica a nombrar a los seres vivos.
TEMA 2. LAS MOLÉCULAS
1.- ELEMENTOS QUÍMICOS PRESENTES EN LOS SERES VIVOS
Toda materia está compuesta por elementos químicos. Seis son los elementos
químicos fundamentales en la materia viva: oxígeno (O), hidrógeno (H), carbono
(C), nitrógeno (N), fósforo (P) y azufre (S). Hay otros elementos que se
encuentran en menor proporción: hierro, calcio, sodio, potasio, magnesio, cobre,
cloro etc.
2.- ÁTOMOS Y MOLÉCULAS
Cada elemento químico se diferencia de los demás por la estructura de sus átomos.
Un átomo está constituido por un núcleo central que contiene protones y neutrones
y una nube de electrones que rodea a ese núcleo. El número de protones es lo que
define a un elemento químico, por ejemplo el hidrógeno tiene uno, el carbono seis,
el nitrógeno siete, el oxígeno ocho.
Los átomos rara vez se encuentran libres en la naturaleza pues tienden a unirse
con otros para formar moléculas. En el enlace de los átomos juegan un papel
decisorio los electrones: un átomo puede captar, ceder o compartir electrones con
otro quedando así unido a otro mediante enlaces, formando moléculas.
Una fórmula representa la estructura de una determinada molécula sobre un plano.
3.- LAS MOLÉCULAS D E LOS SERES VIVOS.
Se pueden clasificar en moléculas inorgánicas o moléculas orgánicas. La molécula
más importante en los seres vivos es la de agua (H2O) pudiendo representar hasta
el 70% o más del peso. El agua y los sales minerales de la materia viva constituyen
los componentes inorgánicos de la materia viva junto con algunos gases O2 y CO2.
El resto del peso de un ser vivo lo constituyen las moléculas orgánicas basadas en
el carbono. Estas moléculas son las que caracterizan a los seres vivos. La gran
mayoría son exclusivas de los seres vivos. Dentro de las moléculas orgánicas
podemos diferenciar por su tamaño:
moléculas pequeñas macromoléculas azúcares sencillos, aminoácidos, nucleótidos,
ácidos grasos, esteroides
moléculas grandes, macromoléculas: complejas, son los polisacáridos, proteínas,
ácidos nucleicos.
Todas las macromoléculas son polímeros, están formadas por unidades semejantes
que se repiten muchas veces. Así los polisacáridos, están constituidos por azúcares,
las proteínas por aminoácidos, y los ácidos nucleicos por nucleótidos. El
ordenamiento de estas unidades elementales se llama secuencia. Hay una enorme
variedad de proteínas distintas. 3000 en las bacterias y 50000 en el hombre.
Las moléculas de proteínas son cadenas, secuencias de la combinación de 20
aminoácidos diferentes. Los ácidos nucleicos se forman por la combinación de
cuatro nucleótidos.
Los azúcares sencillos dan lugar a polisacáridos. Por su grupo funcional, estructura
o propiedades físicas las moléculas orgánicas se clasifican en: lípidos, glúcidos,
proteínas y ácidos nucleicos
4.- LOS CARBOHIDRATOS (GLÚCIDOS O HIDRATOS DE CARBONO
Todos tienen alcohol y grupos aldehídos o cetona en sus carbonos. Su tamaño puede
ser muy diferente aunque su estructura es muy homogénea.
Los más sencillos son los azúcares simples (monosacáridos), de ellos el más común
es la glucosa (también llamada dextrosa o azúcar de la uva) su nivel en la sangre la
controla el hígado. La glucosa es la molécula que se sintetiza en la fotosíntesis; de
su degradación obtenemos energía los seres vivos.
La fórmula de la glucosa es C6H12O6 pero esta fórmula también es la de todas las
hexosas (6 carbonos) (fructosa, galactosa). La diferencia es la estructura espacial.
Las pentosas (C5H10O5) tienen como destacada la ribosa que forma parte de los
ácidos nucleicos. Las triosas como el gliceraldehido tienen fórmula C3H6O3.
Los monosacáridos pueden combinarse entre sí para dar disacáridos, trisacáridos y
en general polisacáridos.
Disacáridos: sacarosa (azúcar de mesa) glucosa+fructosa
Lactosa (leche) glucosa +galactosa
Polisacáridos: constituyen sustancias de reserva o forman parte estructural de las
células. Almidón, glucógeno y celulosa están constituidos solo por moléculas de
glucosa, la diferencia está en el modo en que se unen sus moléculas y por tanto en
su estructura.
El almidón es un polisacárido de reserva que se acumula en las células vegetales,
molécula muy insoluble en agua
El glucógeno es un polisacárido de reserva sólo en células animales; cuando
disminuye el nivel de glucosa en sangre, el glucógeno que se almacena
fundamentalmente en el hígado, se hidroliza liberando glucosa a la sangre.
La celulosa está solo en células vegetales y realiza una función estructural. Las
diferencias de estructura con el almidón y el glucógeno son suficientes para que
los animales no puedan romper los enlaces ni por lo tanto digerir. Solo algunos
animales (vacas, termitas) la usan por algunos microorganismos que en su tubo
digestivo degradan la celulosa.
5.- LÍPIDOS
Sus moléculas tienen naturaleza hidrofóbica (son poco solubles en agua) sin
embargo son solubles en disolventes polares (acetona, éter, benceno, cloroformo..)
Los lípidos tienden a formar regiones de exclusión de agua, compartimentos
aislados dentro de la célula. Los lípidos son componentes esenciales en las
membranas. Además pueden ser almacenados en las células para ser utilizados
como fuente de energía. Otras moléculas de lípidos actúan como vitaminas u
hormonas.
Los ácidos grasos: constituidos por una larga cadena hidrocarbonada (hidrógeno y
carbono) y un grupo ácido (carboxilo ) en un extremo.
Los ácidos grasos insaturados (dobles enlaces entre sus carbonos) son muy
abundantes entre los vegetales y se funden a temperaturas más bajas que los
saturados, de ahí que los aceites vegetales sean líquidos a temperatura ambiente
mientras que las grasas animales no lo son.
Los glicéridos: se conocen con el nombre vulgar de grasas. Pueden tener unidos a
las moléculas de glicerina uno, dos ó tres (triglicéridos) moléculas de ácidos
grasos.
Los triglicéridos son depósitos muy concentrados de energía en las células (9
Kcal/gr frente a 4 Kcal/gr de los glúcidos y proteínas).
Las grasas se acumulan en las células adiposas. En los animales las grasas suelen
llevar una elevada proporción de ácidos grasos saturados, por lo tanto, son sólidos a
temperatura ambiente. Los glicéridos con ácidos grasos insaturados son propios de
los vegetales, este tipo de ácidos grasos deben ser ingeridos por el hombre pues la
mayor parte de ellos no puede sintetizarlos.
Los fosfolípidos: compuestos de ácidos grasos, un alcohol, ácido fosfórico y un
compuesto nitrogenados. Son los constituyentes principales de las membranas
celulares.
Esteroides: el colesterol es uno de ellos; muy abundantes en la membrana celular y
en el plasma sanguíneo. Algunas hormonas como por ejemplo las sexuales también
son esteroides. Algunas vitaminas como la “D” y los ácidos biliares.
6.- PROTEÍNAS
Son las moléculas orgánicas más abundantes en las células (50% de su peso seco).
Se encuentran en todas partes de la célula.
Las proteínas son grandes y largas moléculas compuestas de otras moléculas más
sencillas llamadas aminoácidos; por tanto, las proteínas son polímeros donde los
aminoácidos son las unidades que se repiten.
Los aminoácidos tienen en común un grupo amino y otro ácido y difieren unos de
otros en la estructura del resto de la molécula (a la que llamaremos grupo R). El
grupo R puede ser incluso un átomo de hidrógeno. Existen 20 aminoácidos
diferentes.
Los aminoácidos se unen mediante enlaces peptídicos, al reaccionar entre sí,
formando largas cadenas. Un péptido o polipéptido es una proteína muy pequeña o
un fragmento de ella.
Cada proteína de los millones que existen, difiere de otra en el orden de colocación
de los aminoácidos y en su cantidad que puede oscilar entre decenas y miles.
La estructura primaria de una proteína es el conjunto de aminoácidos que la forman
y su secuencia. La estructura espacial o tridimensional de una proteína (estructura
secundaria y terciaria) condiciona sus propiedades o actividad biológica. Cuando una
proteína pierde su configuración espacial se dice que está desnaturalizada (calor,
alcohol...). Así la albúmina de la clara del huevo, se desnaturaliza con el calor dando
una masa blanca.
Algunas proteínas tienen función contráctil como las del músculo actina y miosina.
Otras transportadoras como la hemoglobina. Función de defensa como la
inmunoglobulina o papel estructural como el colágeno de la piel o los tendones.
ENZIMAS: MECANISMO DE ACCIÓN:
Las enzimas son proteínas cuyo papel es acelerar (hasta cien millones de veces) las
reacciones químicas de los seres vivos.
Una reacción química que transforma una sustancia en otra requiere energía, la
energía se suele suministrar en forma de calor. Esta energía necesaria para los
procesos químicos se llama energía de activación. Los seres vivos no soportan
elevadas temperaturas, la presencia de una enzima disminuye la cantidad de energía
de activación necesaria. Las enzimas son catalizadores biológicos.
Las enzimas son proteínas de peso molecular elevado, en cambio la sustancia sobre
la que actúan (sustrato) suele ser una molécula pequeña.
Existen miles de enzimas en un organismo. Las enzimas son muy específicas con
respecto a la molécula sustrato y al tipo de reacción, es decir, cada enzima tiene
una estructura y función única.
La enzima y el sustrato se complementan incluso en la forma (modelo de llave
cerradura). La región de la enzima en la que tiene lugar la interacción se llama
centro activo.
La enzima se une al sustrato y al separarse la enzima no se ha modificado pero si el
sustrato, es decir, la enzima puede ser utilizada de nuevo.
Sustrato y producto pueden ser más de una sustancia (dos sustratos para una
enzima y un solo producto; un sustrato y dos productos...)
La desnaturalización de enzimas supone su pérdida de actividad al perder su forma
espacial.
Muchos de los venenos actúan como inhibidores de la actividad de las enzimas.
Algunas enzimas para funcionar necesitan la presencia de otras sustancias (sales y
otras moléculas); estas sustancias se llaman coenzimas o cofactores y algunos de
ellos son las vitaminas.
7.- LOS ÁCIDOS NUCLÉICOS
Son polímeros grandes. Su molécula unidad es el nucleótido. A su vez el nucleótido
se compone de tres moléculas: un azúcar, ácido fosfórico y una base nitrogenada. El
azúcar es una pentosa (5 átomos de carbono). Puede ser ribosa o desoxirribosa (un
átomo de oxígeno menos). El ácido fosfórico se encuentra ionizado (cargas
negativas) por lo tanto es un fosfato. La base nitrogenada es capaz de captar
hidrógenos; hay cinco tipos: adenina, guanina, citosina, timina y uracilo.
Los ácidos nucleicos son largas cadenas de nucleótidos enlazadas entre sí por el
grupo fosfato. Son las moléculas más grandes que se conocen formadas por
millones de nucleótidos.
Hay dos clases de ácidos nucleicos: el ácido desoxirribonucleico (ADN o DNA) que
lleva siempre desoxirribosa y el ácido ribonucleico (ARN o RNA) que siempre lleva
ribosa. Además se diferencian en las bases nitrogenadas el ADN lleva todas menos
uracilo y el RNA todas menos timina.
La estructura espacial del DNA consiste en un par de cadenas enrolladas en espiral
(estructura helicoidal) y unidas por enlaces que se establecen entre sus bases
nitrogenadas. El RNA está formado por una cadena sencilla. Los ácidos nucleicos son
las moléculas que contienen la información genética que se almacena según el
orden o secuencia de sus bases nitrogenadas
TEMA 3 LAS CÉLULAS
0.- INTRODUCCIÓN
La célula es la unidad más pequeña que manifiesta todas las propiedades que
caracterizan la vida. La célula es el punto de partida de todos los organismos.
1.- LA CÉLULA: UNIDAD ESTRUCTURAL Y FUNCIONAL DE LOS SERES VIVOS
A nivel estructural, la célula es la unidad elemental de los seres vivos; por muy
grandes que sean están compuestos por células.
Hay seres vivos unicelulares: bacterias, amebas, muchas algas, algunos hongos...
Cada parte de nuestro cuerpo (huesos, piel, músculo...) está formado por células
específicas.
A nivel funcional todas las actividades que desarrollan los seres vivos dependen de
las actividades de sus células. Podemos aislar una única célula y seguiría viva, sin
embargo al separarla en componentes moleculares no tendría la cualidad de viva. Lo
que se conoce por “teoría celular” enuncia que la organización que llamamos viva
no existe en unidades más pequeñas que la célula.
Únicamente los virus no tienen estructura celular, sin embargo para su función
utilizan células de otros seres vivos (son parásitos celulares), es decir, necesitan
una célula para vivir.
La célula se compone de biomoléculas, las membranas separan lo que no debe
interaccionar y los orgánulos juntan lo que debe reaccionar.
Una célula únicamente se forma bien por la división de una célula anterior, bien por
la unión de dos células en la célula huevo.
2.- EL DESCUBRIMIENTO DE LA CÉLULA
Las células no fueron descubiertas hasta que no se dispuso de microscopio. Se
atribuye a Robert Hooke (1665) el descubrimiento y nombre de la célula. Al
observar un tejido vegetal le recordó a las celdillas de un panal.
3.- LA OBSERVACIÓN DE LAS CÉLULAS
Las células son pequeñas, complejas, incoloras y translúcidas, por ello es necesario
observarlas al microscopio y pintarlas.
El núcleo es un orgánulo esférico de posición casi siempre central. La cromatina
llena casi todo el núcleo, también están los nucleolos.
El citoplasma es el resto de la célula y rodea al núcleo, está lleno de orgánulos y
membranas.
Una membrana rodea toda la célula y la aísla.
4.- LA MEMBRANA CELULAR
La membrana que rodea la célula y delimita su espacio físico se llama membrana
plasmática. También controla el contenido químico de la célula (intercambio de
materia entre el interior y el exterior de la célula). Cuando la membrana pierde
esta capacidad de control de intercambio de sustancias, la célula muere.
Hay dos mecanismos para que las moléculas atraviesan la membrana:
de un modo pasivo, sin consumo de energía, basado en las leyes físicas de difusión
(difusión positiva): las moléculas pasan de la zona de mayor concentración a la de
menor concentración hasta que se iguala el número de moléculas por unidad de
volumen. La mayoría de las veces en los procesos de entrada y salida de moléculas
interviene una proteína; en este caso el proceso se llama de difusión facilitada
por transporte activo, requiere un gasto de energía. Las proteínas transportadoras
consumen energía química de la célula. El transporte activo es fundamental para el
mantenimiento de las concentraciones moleculares elevadas dentro de la célula.
En la composición química de la membrana hay lípidos 40%, proteínas 52% y
carbohidratos 8%.
El modelo de estructura molecular se denomina mosaico fluido. Los lípidos forman
una doble capa en la que los grupos polares se orientan al exterior de la célula y
hacia el interior, las proteínas se distribuyen de manera asimétrica.
En las células vegetales, la membrana se encuentra recubierta de una capa rígida de
celulosa (pared celular)
Las membranas están relacionadas con los procesos de reconocimiento de
sustancias y comunicación celular.
5.- ÓRGANOS CELULARES
En el interior de la célula existen muchas membranas, unas rodean orgánulos
específicos y otras forman un sistema de membranas más o menos continuo
denominado retículo endoplasmático. Todas estas membranas tienen una
composición química y estructural similar a la de la membrana celular (membrana
plasmática). de hecho en muchas zonas existe una continuidad entre la membrana
plasmática y las interiores.
Cada orgánulo celular tiene una o más actividades específicas.
RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO
Sistema de membranas con canales y vesículas. Algunas de las membranas tienen
unos gránulos llamados ribosomas. En los ribosomas tiene lugar la síntesis de
proteínas. En los sacos del retículo endoplasmático rugoso se acumulan y procesan
las proteínas. El retículo endoplasmático se ocupa de la síntesis de lípidos.
APARATO DE GOLGI
Compuesto de pequeños sacos rodeados por una membrana. Muy abundante en las
células secretoras. Se ocupa de la síntesis de polisacáridos y el procesamiento
(modificación) de proteínas y lípidos sintetizados en el retículo endoplasmático.
Algunos lípidos y proteínas son transformados en glucosa-lípidos y glicoproteínas.
MITOCONDRIAS
Con doble membrana. La externa que la rodea y la interna que forma crestas. Las
mitocondrias son las centrales energéticas. Tiene gran cantidad de enzimas
especializadas en la degradación de las moléculas; funcionan en presencia de
oxígeno. La energía procedente de la oxidación de glucosa por ejemplo, se almacena
en moléculas químicas llamadas ATP. La molécula de ATP es un nucleótido en cuyos
enlaces se almacena energía.
CLOROPLASTOS
Solo está en células vegetales. Contiene un pigmento verde: la clorofila que capta
la energía solar necesaria para transformar el CO2 (dióxido de carbono) en
glucosa. Es decir, sintetizar una molécula orgánica a partir de una inorgánica. Tiene
una doble membrana, la externa rodea el orgánulo y la interna forma
invaginaciones llamadas lamelas. Sobre las lamelas se encuentra la clorofila en
forma de monedas apiladas.
VACUOLAS Y LISOSOMAS
Las vacuolas digestivas tienen la función de degradación de moléculas. Otras
vacuolas contienen acúmulo de sustancias grasas o proteínas. Algunas vacuolas
vegetales almacenan el almidón, otras pigmentos que dan color a la flor.
Los lisosomas son de menor tamaño que las vacuolas. Contienen gran cantidad de
enzimas que degradan las moléculas inservibles.
EL CITOESQUELETO Y EL MOVIMIENTO CELULAR
El citoesqueleto da consistencia y forma a la célula, canaliza el transporte y está
implicado en el movimiento celular. Está formado por microtúbulos y
microfilamentos.
La tubulina (proteína) forma los microtúbulos y otra proteína, la actina, forma los
microfilamentos. Ambas proteínas son responsables de la estructura del
citoesqueleto. La tubulina y la actina son capaces de ensamblarse para dar largas
fibras siendo un proceso dinámico y reversible. Este dinamismo ensamblajedesensamblaje es causa de la motilidad y los cambios de forma.
Estas proteínas pueden formar estructuras superiores u orgánulos. Tal es el caso
del centriolo (solo en células animales) cuya función es intervenir en la división de
la célula en el proceso de separación de los cromosomas.
Los microtúbulos constituyen orgánulos especializados en el movimiento en medios
líquidos: los cilios y los flagelos.
EL NÚCLEO
En él se encuentran las moléculas de DNA. El DNA se encuentra en el núcleo unido a
proteínas formando la cromatina. La cromatina tiene aspecto fibroso con zonas
más densas (heterocromatina) y zonas más laxas (eucromatina).
Los cromosomas se individualizan en la mitosis.
La membrana nuclear es doble, contiene numerosos poros que facilitan el
intercambio núcleo-citoplasma. El RNA sintetizado en el núcleo sale para llevar la
información genética al citoplasma. Por otro lado las proteínas entran
En el nucleolo tiene lugar la síntesis del RNA que va a constituir los ribosomas
(RNA-r)
6.- CLASES DE CÉLULAS
Las células difieren en tamaño y forma, como ya hemos visto las células vegetales
tienen una gruesa pared recubriendo la membrana plasmática, tienen cloroplastos,
no tienen centriolos y tienen grandes vacuolas.
La diferencia de estructura es mayor comparando las células de organismos
superiores (protozoos, hongos, vegetales y animales) que tienen células eucariotas,
con las células de organismos unicelulares (bacterias y algunas algas) con células
procariotas.
Las células procariotas no tienen núcleo separado de resto por membranas y
prácticamente no tienen orgánulos diferenciados.
A nivel funcional las células autótrofas son autosuficientes (p.ej. las
fotosintéticas) y las heterótrofas necesitan la energía de los alimentos.
7.- MULTICELULARIDAD
En los organismos pluricelulares hay diferenciación celular, las células se
especializan para realizar diferentes funciones.
La célula de organismos pluricelulares no puede vivir aislada. La especialización ha
llevado a la cooperación e interdependencia de las células.
Un conjunto de células adyacentes y del mismo tipo constituye un tejido. Los tejidos
diferentes que cooperan para realizar una función común forman un órgano. Y un
conjunto de órganos con una función compartida nos da un sistema.
La célula, el tejido, el órgano, y el sistema constituyen diversos niveles de
organización de los organismos pluricelulares.
TEMA 4 LOS GENES
1.- ¿QUÉ ES EL MATERIAL GENÉTICO?
El material genético lleva la información que determina las propiedades de un
organismo, es decir, la forma en que se desarrolla, funciona y responde al
ambiente. Además es responsable de la transmisión de esta información a su
descendencia.
Gen es la unidad de información responsable de una función específica.
Se heredan los genes de los progenitores, las características son el producto de los
genes y emergen durante el desarrollo y la vida del individuo por lo que influyen los
factores ambientales.
2.- IDENTIFICACIÓN DEL MATERIAL GENÉTICO
El material genético reside en el núcleo de la célula y los cromosomas son el
vehículo de la herencia. Cuando la célula se va a dividir se hacen visibles los
cromosomas; en los periodos de no división forman una maraña llamada cromatina.
En la división, los cromosomas se dividen por la mitad repartiéndose exactamente
entre las células hijas. El número de cromosomas es idéntico en todas las células de
un individuo y en todos los individuos de una misma especie.
Los cromosomas están compuestos de proteínas y ácidos nucleicos, uno de estos
últimos, el DNA, es el soporte de la información genética. Solo en algunos tipos de
virus es otro ácido nucleico (RNA) el que realiza esta función (es el caso del virus
del SIDA).
3.- ESTRUCTURA DEL ADN: LA DOBLE HÉLICE
La molécula de DNA está constituida por dos largas cadenas de nucleótidos unidas
entre sí formando una doblé hélice.
Como vimos el nucleótido del ADN está formado por un azúcar de cinco carbonos
(desoxirribosa), una base nitrogenada (adenina, guanina, citosina o timina) y un
grupo fosfato a través del cual se unen los nucleótidos. La estructura fosfatopentosa recorre la hélice mientras las bases se sitúan en el interior. Las bases
nitrogenadas quedan unidas entre sí. La adenina sólo se une con la timina y la hace
con dos enlaces de hidrógeno. La guanina y la citosina se unen por tres enlaces de
hidrógeno. Los enlaces de hidrógeno constituyen enlaces débiles.
La información genética del DNA reside en el orden de colocación o secuencia de las
bases nitrogenadas. Conocer la secuencia de las bases equivale a descifrar su
mensaje genético.
La estructura del ADN en doble hélice con el apareamiento de las bases limitado
(A-T; G-C) implica que una cadena determina la estructura de la otra, por ello se
dice que ambas cadenas son complementarias.
Esto implica que conocida la secuenc lolia de una cadena se conoce también la otra
y que en cada molécula de DNA existe la misma cantidad de adenina que de timina,
de guanina que de citosina.
4.- REPLICACIÓN DEL ADN
Para que al reproducirse cada una de las células hijas reciban una copia del material
genético el ADN debe reproducirse también, es decir, hacer copias de su molécula,
este proceso se llama replicación de DNA.
La complementariedad de las bases constituye el fundamento del mecanismo de
replicación. Para la replicación la doble hélice se separa en sus dos cadenas por
ruptura de los enlaces de hidrógeno que unían a sus bases, cada una de las cadenas
actúa como un molde que especifica el orden de las bases en la síntesis de una
nueva cadena, complementaria a cada una de las dos iniciales. La síntesis de la
nueva cadena se realiza por la adición uno por uno de los nucleótidos en una
reacción catalizada por la enzima DNA-polimerasa. Intervienen más enzimas y
proteínas y se necesita energía proporcionada por el ATP.
El mecanismo de replicación del DNA es semiconservativo pues conserva cada una
de las dos nuevas dobles hélices una parte de la antigua cadena.
El DNA se duplica en cada ciclo de división celular. Cada célula que va a duplicarse
replica previamente su DNA.
5.- LOS ERRORES EN EL DNA: MUTACIONES
A pesar de que la enzima DNA-polimerasa tiene capacidad para corregir errores, a
veces pueden suprimirse bases o añadirse o incorporarse una incorrecta.
Un solo cambio en una base puede representar una mutación en un gen. Una vez
producida la mutación en el DNA lógicamente se transmitirá a las células
descendientes ya que será copiada cada vez que se divida el DNA para duplicar la
célula.
Cuando la célula que ha sufrido la mutación es reproductora o germinal
(espermatozoide u óvulo) se transmite a la siguiente generación de individuos.
No todas las mutaciones se deben a fallos espontáneos durante la replicación,
pueden ser provocados por agentes mutagénicos: radiaciones (rayos X, partículas
radioactivas, luz ultravioleta) y numerosas sustancias químicas.
6.- ORGANIZACIÓN DE LOS GENES
Los genes son un fragmento, una secuencia del DNA. Las moléculas del DNA son
larguísimas y contienen una sucesión lineal de genes.
En los animales más sencillos (bacterias) solo hay una molécula de DNA que
contiene más o menos 3.000 genes. Su tamaño lo expresamos en función del
número de nucleótidos o bases (ya que es el mismo) en la bacteria E. Coli es de 4 x
106 pares de bases o 4.000 Kb (kilobases).
El DNA humano es de unas 6x109 pares de bases repartidas en 46 cromosomas (23
pares) y hay unos 30.000 genes. Esta cantidad de DNA mediría estirada unos dos
metros, sin embargo se alojan en el núcleo de una célula (10 micrómetros) ya que
se asocian a proteínas que logran una ordenada y elevada compactación del DNA.
La asociación del DNA y proteínas forma la cromatina. La mayoría de las proteínas
de la cromatina tiene función estructural; una de estas proteínas son las histonas.
La interacción de las histonas y el DNA forma los nucleosomas que dan a la fibra de
cromatina un aspecto rosado. Asociadas al DNA también hay otras proteínas que
son enzimas, por ejemplo la DNA-polimerasa y otras con función reguladora.
7.- LOS CROMOSOMAS
Cuando la célula se va a dividir la cromatina sufre un mayor empaquetamiento
dando lugar a unas estructuras visibles al microscopio óptico: los cromosomas.
El cromosoma es el resultado del plegamiento ordenado de la fibra de cromatina
que tiene lugar cuando la célula se va a dividir.
Cuando la célula se va a dividir necesita repartir la información genética y esto es
más sencillo encontrándose compactado en unidades; para su funcionamiento es
mejor una descondensación para exponerse mejor a la acción de las enzimas y
dirigir las actividades de la célula.
El cromosoma tiene una forma alargada de aspecto doble, cada una de las partes
idénticas se llaman cromátidas y se mantienen unidas por una región llamada
centrómero. Cada cromátida contiene una molécula de DNA, una doble hélice
altamente plegada por su interacción con las histonas. Las dos cromátidas son
idénticas porque contienen la información proveniente de la replicación del ADN.
Cada especie biológica tiene en todas sus células el mismo número de cromosomas
(en el hombre 23 pares). Se habla de pares de cromosomas porque en las células
los cromosomas son iguales dos a dos, están emparejados en parejas de
cromosomas homólogos.
Cada cromosoma de la pareja procede de un progenitor: uno del padre, otro de la
madre para cada una de las parejas de homólogos. Estos cromosomas homólogos no
tienen la misma información genética pero sí información equivalente para los
mismos caracteres. Por ejemplo cromosomas que determinan el color de pelo, uno
puede determinar rubio y el otro castaño (no tienen porque ser idénticos, pero
ambos determinan el color de pelo).
Cada uno de los genes de una especie tiene una localización exacta y precisa en sus
cromosomas, constante en todos los individuos.
TEMA 5 LOS GENES EN ACCIÓN
1.- DEL GEN A LA PROTEÍNA
El orden de los aminoácidos de una proteína está dictado por el orden de las bases
de un fragmento de DNA, es decir, de un gen.
El DNA se encuentra siempre en el núcleo de la célula. La síntesis de proteínas
tiene lugar en el retículo endoplasmático, concretamente en los ribosomas. Por
tanto debe de existir una molécula intermedia que lleve las instrucciones para la
síntesis de proteínas desde el DNA, esta molécula es el ácido ribonucleico (RNA).
El paso de información del DNA al RNA se llama transcripción y la segunda etapa,
del RNA a las proteínas traducción.
2.- EL ÁCIDO RIBONUCLEICO (RNA)
Es un ácido nucleico cuya estructura química es parecida a la del DNA pues en la
síntesis del RNA, el DNA actúa como modelo. El RNA es una copia complementaria
de un fragmento de DNA.
Diferencias entre el RNA y DNA:
el azúcar del RNA es la ribosa y no la desoxirribosa
el uracilo (U) reemplaza a la timina (T) como base nitrogenada
el RNA es una cadena sencilla y no de doble hélice
las moléculas de RNA son más pequeñas ya que el RNA es copia de un fragmento de
DNA
La transcripción o síntesis del RNA sucede así: la doble hélice de DNA se abre por
ruptura de los enlaces de sus bases en la región donde va a ser copiada. Una de las
cadenas de DNA sirve de molde para el alineamiento de las bases de RNA, las bases
del RNA son las complementarias al DNA ( G-C, A-U, C-G, T-A). En el proceso de
unión de los nucleótidos interviene la enzima RNA-polimerasa. Al final de la
transcripción el RNA queda libre y se cierra de nuevo el DNA por apareamiento de
sus cadenas complementarias.
Así el DNA es la copia maestra de la información genética y el RNA es la copia del
DNA. El RNA que lleva las instrucciones para la síntesis de proteínas se llama RNA
mensajero (mRNA).
Hay otros tipos de RNA también copiados del DNA que intervienen en la síntesis de
proteínas aunque no las codifican.
RNA ribosómico (r-RNA) constituye el ribosoma
El RNA de transferencia (t-RNA) transporta los aminoácidos. Cada aminoácido es
llevado al ribosoma por su propio t-RNA.
.
3.- UN DICCIONARIO MOLECULAR: EL CÓDIGO GENÉTICO
Como las bases nitrogenadas del ADN son cuatro, para transferir el mensaje en las
proteínas que se componen de 20 aminoácidos, cada aminoácido está representado
por más de una base.
Cada grupo de tres nucleótidos (que se llama codón) se corresponde con un
aminoácido.
El código genético constituye las reglas de correspondencia entre los codones y los
aminoácidos, viene a ser, por tanto, un diccionario molecular.
El código genético es universal: el mismo para todos los seres vivos.
De los 64 (43) codones posibles, 61 representan aminoácidos, por tanto hay más de
un codón por cada aminoácido, es decir, hay sinónimos en el código genético. Los
otros tres codones representan señales de terminación. No hay codón específico de
iniciación pero la mayoría de las proteínas se inicia con el aminoácido metionina
luego su codón AUG viene a ser una señal de inicio.
DNA mRNA AMINOÁCIDO
CCA..........................GGA............................Glicerina
TAC...........................AUG...........................Metionina.
4.- SÍNTESIS DE PROTEÍNAS: TRADUCCIÓN
Se inicia cuando un determinado mRNA se une a un ribosoma. Se termina cuando
aparece el codón de fin (UAA, UAG, UGA). Los aminoácidos no reconocen su codón,
por eso el t-RNA se encarga de llevar los aminoácidos hasta el ribosoma.
Cada tRNA tiene dos extremos: uno que reconoce y se une a su aminoácido
particular y otro que tiene tres bases complementarias al codón. Estas tres bases
se llaman anticodón. El reconocimiento y unión de codón y anticodón tiene lugar
por formación de enlaces hidrógeno entre sus bases complementarias. Este proceso
asegura que cada aminoácido está en el sitio apropiado. La unión de cada tRNA con
su aminoácido está regulada por una enzima específica.
Etapas en la síntesis de proteínas:
El mRNA se une al ribosoma
El primer codón del mRNA reacciona en el complejo (t-RNA1+aa1) generalmente
suele ser el t-RNA+metionina, pues el primer codón del mRNA suele ser AUG.
El segundo codón reacciona con su respectivo (t-RNA2+aa2)
Los dos aminoácidos reaccionan formando un enlace (aa1+aa2)
El t-RNA1 del primer aminoácido queda libre y sale del ribosoma dispuesto a ser
reutilizado
El tercer codón reacciona con su correspondiente aminoácido (t-RNA3+aa3). De
nuevo se forma un enlace (aa1+aa2+aa3) quedando libre el t-RNA2
Así sucede hasta llegar al codón de terminación en que se libera la cadena de
aminoácidos.
Una vez finalizada la síntesis el m-RNA queda libre y puede ser reutilizado. Es
usual que antes de que finalice la proteína se esté iniciando otra con lo cual el
mismo mRNA puede ser utilizado por varios ribosomas simultáneamente.
Finalmente el mRNA es degradado.
Para los enlaces peptídicos entre los aminoácidos se necesita energía que se
obtiene de la degradación de las moléculas de nutrientes. Esta misma energía se usa
para la unión tRNA+aa y para el movimiento del ribosoma a través del mRNA.
5.- CAMBIOS EN LOS GENES: MUTACIONES
Las mutaciones de un gen suponen cambios que afectan a uno o varios de sus
nucleótidos y pueden ser:
Sustitución de un nucleótido por otro.
Pérdida de uno o varios nucleótidos
Adición de uno o varios nucleótidos
Un cambio en la secuencia de nucleótidos de un fragmento de DNA (gen) dará en la
mayoría de los casos un producto génico alterado, es decir, una proteína alterada en
algún aminoácido.
El resultado de la mutación suele ser el cambio de un aminoácido por otro lo cual
afectará en mayor o menor grado a la función de la proteína. La pérdida o adición de
un nucleótido puede modificar todos los codones y dar una proteína totalmente
distinta.
Las mutaciones ocurren en frecuencia baja y espontánea, al azar. También se
pueden producir por agentes químicos o físicos (radiaciones).
6.-CONSECUENCIAS DE LAS MUTACIONES
Los cambios fisiológicos y anatómicos provocados por ligeras alteraciones de la
estructura de las proteínas pueden tener graves consecuencias.
Ejemplo de albinismo: falta de melanina. En la producción de melanina interviene la
enzima tirosinasa que actúa sobre el aminoácido tirosina. Los individuos albinos
tienen el gen mutante que produce una forma inactiva de tirosinasa.
Otro ejemplo: la anemia falciforme la padecen individuos cuya hemoglobina difiere
de la normal sólo en un aminoácido. Este hecho hace que hasta el glóbulo rojo
adquiera una forma anormal de hoz o media luna y esto hace que los glóbulos rojos
se apelotonan en los vasos sanguíneos.
7.- REGULACIÓN DE LOS GENES: ACTIVACIÓN Y REPRESIÓN
Un gen se expresa cuando se transcribe y se traduce en una proteína. El promotor
de un gen es una región que regula su actividad.
Las células en organismos pluricelulares, son especializadas, aunque todas tengan
los mismos genes realizan diferentes funciones, es decir, expresan diferentes
genes.
Hay pues en cada célula genes activados y genes reprimidos o inactivos.
8.- INGENIERÍA GENÉTICA
Es un conjunto de técnicas y estrategias que permiten nuevas combinaciones de
material hereditario.
La donación de genes permite disponer de muchas copias de una pieza de DNA o de
un gen concreto para expresarlos (obtener mucha cantidad de producto proteico) o
estudiarlos.
Las bacterias han sido las primeras hospedadoras de genes eucariotas obteniendo en
su interior productos proteicos humanos.
Pasos para clonar un gen:
Cortar un gen y separarlo del resto del genoma: se logra mediante enzimas de
restricción. Estas enzimas cortan el DNA por un sitio específico (diana). Cada
enzima (hay más de cincuenta) tiene distintas secuencias o dianas de corte.
Unir el gen a un vector que lo transporte al interior de una célula hospedadora
(bacteria). El gen se une a un DNA-vector, previamente cortado con la misma
enzima de restricción por la zona de las dianas comunes. Se pegan los fragmentos
con enzimas ligasas. Como vectores se utilizan plásmidos o virus que infectan las
bacterias.
Obtener el producto del gen. El DNA de los plásmidos o de los virus se reproduce
deprisa.
Una vez clonado el gen hay que cortarlo de nuevo para aislarlo con la misma
enzima de restricción y luego separarlo del DNA bacteriano.
Otra forma de obtener grandes cantidades de un gen es la técnica de la reacción en
cadena de la polimerasa PCR.
9.- APLICACIONES DE LA INGENIERÍA GENÉTICA
Convertir bacterias en productores masivos de proteínas (insulina....)
Uso de microorganismos modificados genéticamente para eliminar sustancias
contaminantes.
Mejorar el rendimiento agrícola.
Diagnóstico de enfermedades hereditarias.
Terapia génica.
TEMA 6 DIGESTIÓN Y METABOLISMO
1.- NUTRICIÓN, ENERGÍA Y METABOLISMO
El organismo vivo debe mantener alto el nivel de organización frente a la tendencia
al desorden (2º principio de la termodinámica). Esto requiere una continua
incorporación de energía. Cada vez que se forman moléculas grandes a partir de
otras más pequeñas se actúa contra el desorden y esto ocurre cuando la célula
crece, se divide o repara las zonas desgastadas.
Los animales son organismos heterótrofos pluricelulares que procesan el alimento
en un conjunto de reacciones llamadas metabolismo para obtener de él materia y
energía.
Los animales utilizan el sistema digestivo para transformar los alimentos en
moléculas; el circulatorio para llevar las moléculas a las células donde en presencia
de oxígeno proporcionado por el aparato respiratorio son sometidas a reacciones
metabólicas de donde se obtiene materia y energía.
2.- OBJETIVO BIOLÓGICO DE LA NUTRICIÓN
Nutrición es el conjunto de procesos por los cuales los seres vivos utilizan,
transforman e incorporan en sus estructuras una serie de sustancias del medio que
los rodea; sustancias que en forma de nutrientes están en el alimento.
Nutriente es toda sustancia nutritiva, es decir, que aporta materia y energía,
contenida en los alimentos.
Los objetivos de la nutrición son:
aporte de energía
aporte de materia de construcción y síntesis de las estructuras orgánicas
aporte de sustancias necesarias para regular los procesos químicos.
.
3.- ALIMENTACIÓN Y NUTRICIÓN
La alimentación es el proceso mediante el que tomamos las sustancias contenidas
en los alimentos.
La alimentación es un proceso voluntario y consciente mientras que la nutrición es
un proceso fisiológico involuntario. La alimentación puede ser heterogénea, la
nutrición es un proceso único.
Los organismos eucarióticos fotosintéticos dotados de células con cloroplastos
utilizan la energía solar para convertir agua y dióxido de carbono en carbohidratos
(glucosa, almidón...) liberando oxígeno. Estos organismos, por tanto, convierten
energía fotónica del sol en energía química almacenada en los enlaces de estos
compuestos orgánicos sintetizados en la fotosíntesis.
Las células eucarióticas dotadas de mitocondrias degradan estos carbohidratos
liberando la energía química contenida en sus enlaces en un conjunto de reacciones
químicas que se llaman respiración celular.
Autótrofos-----6CO2+6H2O+energía------------C6H12O6+6O2
Heterótrofos---C6H12O2----------6CO2+6H2O+686 Kilocalorías
Las reacciones que captan energía (fotosíntesis) y las que la liberan (glucólisis y
respiración celular) son reacciones de oxidación reducción. Oxidación es la pérdida
de un electrón y reduce la ganancia de un electrón. La oxidación y la reducción son
simultáneas porque el electrón que pierde el átomo oxidado es recibido por el
átomo que se reduce. La glucosa oxidada pierde átomos de hidrógeno que
combinados con el oxígeno forman agua. Por el contrario en la fotosíntesis los
átomos de hidrógeno pasan del agua al dióxido de carbono que se reduce formando
glucosa.
Si la energía se liberase de pronto la mayor parte se perdería en forma de calor
que por otra parte podría ser mortal para la célula. Por esto los seres vivos poseen
mecanismos controlados por enzimas que regulan este proceso de modo que la
energía se almacena en determinados enlaces químicos que la liberan en pequeñas
dosis.
Tipos de alimentos por su composición:
Nutrientes orgánicos carbohidratos
Lípidos
Proteínas
Vitaminas
Inorgánicos agua
Sales
No nutrientes Fibra
El único alimento que contiene todos los nutrientes necesarios es la leche materna
y esto solo durante los primeros meses de vida.
4.- NUTRIENTES ORGÁNICOS.
4.1 GLÚCIDOS O CARBOHIDRATOS
Son los nutrientes más importantes desde el punto de vista energético por ser la
forma más económica, fácil y de rápida asimilación para obtener energía.
Compuestos de carbono, hidrógeno y oxígeno a partir de dióxido de carbono y agua
en las plantas. Los hidratos de carbono que la planta no utiliza se acumulan en
frutas, semillas, raíces y tubérculos.
Los monosacáridos de seis carbonos (hexosas) (glucosa, fructosa, galactosa) y los
de cinco (pentosas) como la ribosa, no necesitan ser digeridos y son absorbidos
directamente por el intestino. Su degradación metabólica supone un aporte
inmediato de energía.
Los polisacáridos son moléculas de reserva energética en el caso del glucógeno
animal y el almidón vegetal. Otros polisacáridos como la celulosa tienen función
estructural en los vegetales.
CARBOHIDRATOS APROVECHABLES son azúcares de rápida absorción.
MONOSACÁRIDOS.
Hexosas: - glucosa: además de obtenerse directamente se forma en el cuerpo como
producto de digestión de otros glúcidos mayores.
- fructosa: se encuentra en la fruta y la miel
- galactosa
Pentosas: - ribosa
DISACÁRIDOS:
- sacarosa: se encuentra en el azúcar (remolacha y caña)
- lactosa se encuentra en la leche de vaca y humana
- maltosa: se encuentra en la cebada
POLISACÁRIDOS: aparecen en el almidón de cereales, legumbres, patatas y
hortalizas.
Los carbohidratos proporcionan aproximadamente la mitad de las necesidades
energéticas del organismo. Todos los carbohidratos excepto la celulosa se
convierten por procesos digestivos en azúcares más sencillos, principalmente
glucosa, que metabolizada es degradada a dióxido de carbono y agua con liberación
de energía.
Desde el punto de vista exclusivamente energético (no sería una buena dieta) los
carbohidratos no serían necesarios. Se obtendría energía de la grasa.
CARBOHIDRATOS NO APROVECHABLES
Forman parte de las paredes vegetales y no tenemos las enzimas necesarias para
digerirlos. Son la celulosa, lignina, pectina (en algunas frutas), gomas, mucílagos.
La fibra es un término que reúne un conjunto de macromoléculas vegetales, sobre
todo celulosa y lignina, no digeribles por las enzimas digestivas humanas. Tiene un
efecto preventivo de enfermedades y papel en la formación de las heces
(compactación). Las bacterias de la flora microbiana intestinal se alimentan de ella
y originan productos útiles para nuestro cuerpo y una pequeña cantidad de energía.
4.2 LÍPIDOS
Son solubles en disolventes orgánicos e insolubles en agua. Son la principal reserva
energética del organismo. Un gramo de grasa produce en las reacciones
metabólicas de oxidación 9.4 Kc/gr mientras un prótido o un carbohidrato solo 4.1
Kc/gr pero son más difíciles de absorber y metabolizar.
La mayoría de las grasas que consumimos son triglicéridos.
La energía que proporcionan es debida a la oxidación de sus ácidos grasos en las
mitocondrias,
Los lípidos constituyen la reserva corporal energética a medio y largo plazo. Si no
ingiremos grasa, una vez consumida la reserva moriremos. Además la presencia de
grasas de origen vegetal es necesaria ya que muchos ácidos grasos insaturados no
pueden ser sintetizados por el hombre.
En los animales de sangre fría y en los vegetales hay aceites líquidos con ácidos
grasos insaturados; en los animales de sangre caliente hay cebos, sólidos, son
ácidos grasos saturados. Por hidrogenación los ácidos grasos insaturados pierden
sus dobles enlaces, se saturan y se solidifican (fabricación de margarinas
vegetales).
Cuando se ingieren carbohidratos más de los que se necesitan se almacenan en
hígado y músculos como glucógeno o de manera más permanente como grasa.
4.3 PROTEÍNAS
Cuando se va a sintetizar una proteína y faltan aminoácidos, esta no puede
sintetizarse y los aminoácidos son convertidos en glucosa y oxidados o
almacenados.
De los veinte aminoácidos, los humanos pueden sintetizar doce a partir del carbono
o de otros aminoácidos, el resto deben ser ingeridos. Estos ocho se conocen como
aminoácidos esenciales y son lisina, triptófano, treonina, metionina, fenilalanina,
valina, leucina, isoleucina.
Las judías son deficientes en triptófano pero importante fuente de lisina e
isoleucina. El arroz deficiente en estas dos últimas lleva una cantidad razonable del
resto de aminoácidos esenciales.
Las proteínas de origen animal aportan todos los aminoácidos esenciales.
VITAMINAS
Actúan como catalizadores o coenzimas en las reacciones bioquímicas del
organismo. No tienen una estructura química común, su punto común es funcional:
catalizadores biológicos.
Se consideran micronutrientes ya que se necesitan en pequeñas cantidades. Salvo
raras excepciones el ser humano no las sintetiza. Algunas (K, B1, ácido fólico, B12)
pueden sintetizarse por los organismos intestinales. La vitamina A puede
sintetizarse a partir de su provitamina: el caroteno. La vitamina D a partir de
precursores por exposición al sol.
LIPOSOLUBLES: se absorben junto a los lípidos. Cualquier causa que interfiera la
absorción intestinal (laxantes, antibióticos) disminuye su ingreso. No se expulsan
por la orina por lo que su acúmulo produce toxicidad. Son:
A (retinol): visión epitelios, mucosas- ceguera nocturna- huevo hígado
D (calciferol): absorción y transporte calcio- raquitismo- huevo, hígado,
mantequilla
E (tocoferol): antioxidante, resist hematíes- fragilidad eritrocitaria- aceites veg.
Huevos, leg
K : síntesis de protrombina- mala coagulación- síntesis bacterias intestinales, hoja
verde.
HIDROSOLUBLES: no se almacenan en el cuerpo salvo la B12. Se eliminan por la
orina. Son C (ácido ascórbico), B1 (tiamina), B2 (riboflavina), B3 (niacina o ácido
nicotínico), B5 (ácido pantoténico), B6 (piridoxina), B12 (cobalamina), Biotina y
ácido fólico.
5.- NUTRIENTES INORGÁNICOS.
AGUA
Es indispensable para la vida por dos razones:
Es el medio a través del cual entran y salen de la célula las sustancias necesarias
para el metabolismo y los productos de desecho.
Es el disolvente en el que transcurren las reacciones metabólicas.
Cuanto más rico en grasas es un tejido, menos agua contiene (tejido adiposo 15% de
agua; tejido muscular 80%).
Hay agua extracelular (20%), plasma sanguíneo y agua intersticial, también en
tejidos óseos, conjuntivos...
El agua intracelular supone un 40% del peso corporal.
El aporte de agua puede ser bebida o en alimentos sólidos. También obtenemos agua
(agua metabólica) como resultado del metabolismo.
El agua se elimina por la orina, heces, pulmón y piel (no-sudor). Se obtiene así un
equilibrio que hace casi constante la cantidad de agua en el cuerpo.
Las necesidades de agua las dictan los factores exógenos (clima, actividad corporal)
y endógenos (actividad secretora, ph interno, grado metabólico).
ELEMENTOS MINERALES
De los noventa elementos químicos existentes en la naturaleza solo 26 se
reconocen esenciales para la vida animal; 11 son macroelementos (C, H, O, N, S, Ca,
K, Na, Cl) y 15 microelementos, oligoelementos o micronutrientes (Fe, F, I...).
No aportan energía pero cumplen las siguientes funciones:
reguladora: son imprescindibles en muchas reacciones metabólicas.
Plásticas: forman parte de la estructura de tejidos (p ej el óseo).
Los minerales esenciales (Ca, P, Fe, Na, k, Cl, Mg, S) son requeridos en cantidad
igual o superior a 100 mg/día.
Los minerales no esenciales son requeridos en cantidad inferior a 10 mg/día son
Cu, F, Co, Zn. Cr, Mn, I, Mb.
Calcio (Ca): imprescindible en la formación de huesos, metabolismo del hierro y
vitamina B. Interviene en el mantenimiento del tono muscular, transmisión
sináptica, procesos de coagulación y permeabilidad de la membrana celular.
Fósforo (P): componente estructural de las proteínas que constituyen la membrana
celular, de las moléculas de DNA y RNA, de los fosfolípidos, del ATP y el ADP.
Hierro (Fe): el cuerpo contiene unos 4 mg. De hierro de los que 2,5 están en la
hemoglobina (imprescindible en la oxigenación de las células) y 1g. está formando
ferritina (hierro y proteína en médula ósea, bazo e hígado.
Sodio (Na): abundante en el líquido extracelular y en la sangre. Regula la presión
osmótica y mantiene el equilibrio ácido-base en la sangre.
Magnesio (Mg): la mayoría está en el esqueleto. Aproximadamente un 20% está
asociado a proteínas del tejido muscular. Activa la enzima fosfatasa que desempeña
un importante papel en la transformación de energía durante la contracción
muscular.
Potasio (K): interviene en el metabolismo de la glucosa y síntesis del glucógeno,
también participa en el equilibrio ácido-base de la sangre y junto con el sodio
mantiene el equilibrio osmótico.
Azufre (S): forma parte de la molécula de tres aminoácidos esenciales: metionina,
cistina y cisteína, que se hallan en todas las proteínas.
Cobre (Cu): imprescindible para que el hierro forme parte de la hemoglobina.
Yodo (I): correcto funcionamiento de la glándula tiroidea y síntesis de las hormonas
tiroideas. La tiroxina regula la velocidad metabólica presente en todos los
alimentos.
Manganeso (Mn): interviene en el crecimiento de los huesos, formación y
elasticidad de los cartílagos. Cofactor de un grupo de enzimas que intervienen en el
metabolismo de carbohidratos, grasas y proteínas.
Flúor (F): resistencia a la caries por aumento de fijación de calcio y por inhibir el
desarrollo de las bacterias que con sus ácidos producen la caries.
6.- TIPOS DE ALIMENTOS POR SU FUNCIÓN
Son energéticos, plásticos y reguladores.
ALIMENTOS ENERGÉTICOS:
Aportan como nutrientes carbohidratos y grasas, fuentes y reserva de energía para
el organismo.
Las necesidades energéticas de un individuo dependen del metabolismo basal, la
actividad física y la termogénesis.
METABOLISMO BASAL es la necesidad energética mínima del organismo en
condiciones basales (reposo absoluto, ayuno 12 horas y 22ºC de temperatura
ambiente). Es el gasto energético de la actividad involuntaria, es decir, para
mantener la función vegetativa (circulación, respiración..). Viene a ser en adultos
de 40 Kcal/m2/hora. El metabolismo basal supone un 50%-70% de las calorías
necesarias por día de un individuo con vida sedentaria.
La ACTIVIDAD FÍSICA es la causa más importante del incremento de gasto
energético.
TERMOGÉNESIS el comer gasta: la digestión, absorción y transporte de nutrientes.
ALIMENTOS PLÁSTICOS:
Aportan los nutrientes para reparar o formar los tejidos de nuestro organismo
(proteínas y algunos minerales)
ALIMENTOS REGULADORES:
Aportan vitaminas, minerales y ciertas proteínas (las enzimas) indispensables para
las reacciones metabólicas.
7.- CLASIFICACIÓN DE LOS ALIMENTOS POR SU ORIGEN
Su origen puede ser animal o vegetal. Nuestra dieta se compone de carbohidratos,
lípidos, proteínas, vitaminas, minerales, agua y fibra. La falta de glúcidos hará que
las proteínas se usan para producir energía desviándose de su papel plástico.
8.- PROCESOS DIGESTIVOS EN EL HOMBRE
La digestión incluye procesos mecánicos y químicos (digestión mecánica y digestión
química). La misión de los órganos digestivos consiste en reducir los alimentos en
partículas que puedan atravesar los capilares.
Cuanto más complejos son los animales más largo y sinuoso es el tubo digestivo
(en el hombre unos ocho metros). El alimento avanza a través del tubo mediante
contracciones musculares llamadas peristaltismo.
En la boca las piezas dentales trituran el alimento a la vez que valiéndose de la
lengua lo mezclan con la saliva producida por tres pares de glándulas salivales. La
saliva contiene mucus (que lubrica el alimento) y amilasa (enzima que inicia la
degradación química de los almidones). La secreción de la saliva se rige por el
sistema nervioso autónomo e inicia su actuación ante estímulos de las papilas
gustativas y las paredes de la boca.
El alimento pasa al esófago. El paso es por peristaltismo inicialmente voluntario y
después involuntario hacia el estómago.
El cardias es un esfínter que regula el paso de la comida del esófago al estómago.
El estómago es un saco muscular distensible. Las paredes del estómago (mucosa
gástrica), células epiteliales, segregan jugo gástrico que lleva mucus, ácido
clorhídrico y pepsinógeno, precursor de la enzima digestiva pepsina. El ClH hace
que el jugo gástrico sea el líquido más ácido del cuerpo. El ácido clorhídrico ClH
actúa sobre los componentes fibrosos y conjuntivos del alimento pero no ataca a
las paredes del estómago por el mucus. El ClH también permite la conversión del
pepsinógeno en pepsina que descompone las proteínas a péptidos y que solo puede
actuar en un ph bajo (ácido). Los hidratos de carbono se digieren por la presencia de
la saliva y las grasas por la lipasa regurgitada desde el duodeno. La actuación del
estómago se regula por el sistema nervioso y endocrino. La espera o presencia de
alimento estimulan el movimiento de las paredes del estómago y la secreción de
jugo gástrico. Cuando el alimento proteico llega al estómago se genera la hormona
gastrina que es liberada al torrente sanguíneo y cuando llega al estómago hace
aumentar sus movimientos y secreción. Por la acción mecánica del peristaltismo y
la acción química del ClH y las hormonas el alimento se transforma en una masa
semilíquida que se transporta mediante peristaltismo hacia el píloro, esfínter que
separa el estómago del duodeno (1ª parte del intestino delgado).
En el duodeno se completa la fragmentación del alimento y las moléculas
resultantes de la digestión bucal, estomacal e intestinal son absorbidas a través de
la pared intestinal y pasan al torrente circulatorio. La pared del intestino delgado
está muy plegada con numerosos salientes en forma de dedo llamadas vellosidades
intestinales que a su vez forman pliegues llamados microvellosidades.
La digestión química del intestino delgado se realiza por las enzimas presentes en
el jugo intestinal, en el jugo pancreático (líquido alcalino que neutraliza el ácido
estomacal) y por la acción de la bilis hepática (producida en el hígado y almacenada
en la vesícula). La bilis contiene una mezcla de sales que emulsionan las grasas en
pequeñas gotitas para favorecer la acción de las enzimas. La bilis también contiene
bicarbonato sódico que ayuda al jugo pancreático a neutralizar la acidez del líquido
estomacal. Esto es muy importante ya que las enzimas intestinales actúan a ph 7 y
8 y serían neutralizadas por el ácido. La solución alimenticia no deja de moverse y
mezclarse con los jugos intestinales gracias al peristaltismo intestinal.
Las amilasas pancreáticas prosiguen la degradación del almidón, iniciada en la boca,
en disacáridos. Las lipasas hidrolizan (rompen las moléculas por incorporación de
agua) las grasas a glicerina y ácidos grasos. Las proteínas se degradan por un
grupo de enzimas conocidas genéricamente por proteínas que las escinde a
polipéptidos y las peptidasas escinden los polipéptidos en aminoácidos.
La actividad digestiva del intestino delgado se regula por hormonas y el sistema
nervioso autónomo. En presencia del jugo gástrico ácido, el duodeno libera secretina
que estimula el páncreas y el hígado a segregar sus jugos alcalinos. Las grasas y
los ácidos grasos estimulan la producción de otra hormona: la colecistocinina que
estimula la liberación de enzimas pancreáticas y el vaciado de la vesícula biliar. La
estimulación o inhibición de las fibras nerviosas parasimpáticas provocan o
disminuyen respectivamente las contracciones intestinales.
9.- ABSORCIÓN INTESTINAL
Cuando se ha completado la digestión el intestino contiene agua y sales minerales
disueltas, monosacáridos, aminoácidos, ácidos grasos, glicerina y vitaminas. Además
hay gotitas de grasa y materiales no digeridos o indigeribles como la celulosa.
La agitación peristáltica pone en contacto el alimento digerido con las vellosidades
y microvellosidades intestinales favoreciendo el proceso de absorción o
transferencia de los nutrientes a la sangre y la linfa circundantes. Algunas
sustancias como el alcohol y algunas medicinas son absorbidas directamente por la
pared estomacal.
Los monosacáridos son absorbidos por difusión y por transporte activo. Los
dipéptidos y aminoácidos por transporte activo. Estas moléculas pasan a la sangre
a través de los capilares de las vellosidades que van a parar a la vena porta
hepática que conduce al hígado.
Los ácidos grasos de molécula pequeña también pasan a los capilares; pero los de
molécula grande -formando quilomicrones- y el colesterol -formando
lipoproteínas de baja densidad (LDL)- debido a su mayor tamaño no atraviesan los
capilares sanguíneos pasando a los capilares linfáticos del intestino llamados
quilíferos. Estos capilares forman un gran canal que desemboca en una vena a nivel
del hombro izquierdo pasando a la sangre. En la sangre los quilomicrones son
desintegrados gradualmente. Las partículas de LDL pasan a las células hepáticas
donde se almacena el colesterol o son secretadas en la bilis o enviadas a otras
células.
9.1.- EL HÍGADO
La vena porta se divide en multitud de pequeñas venas que facilitan la
transferencia de las sustancias transportadas por la sangre a las células hepáticas
que someten los nutrientes a transformaciones químicas y son devueltos a la
sangre. Toda la sangre sale del hígado por la vena hepática cargada de alimento
elaborado.
El hígado almacena y libera hidratos de carbono favoreciendo un aporte continuo de
energía a las células (nivel de glucosa constante en sangre). El hígado convierte
metabólicamente algunos monosacáridos en glucógeno y grasa.
El glucógeno almacenado en el hígado puede cubrir las necesidades energéticas del
cuerpo por unas cuatro horas. La grasa se almacena en adipocitos que también
pueden sintetizar grasa a partir de la glucosa. El hígado convierte en glucosa los
aminoácidos que no pueden ser almacenados. Toda la glucosa que no pasa a la
circulación sanguínea se almacena en glucógeno.
El nivel de glucosa en sangre se regula hormonalmente por el páncreas que
produce insulina y glucagón, hormonas de acción antagónica que determinan el paso
de glucosa a glucógeno y viceversa.
El hígado procesa aminoácidos enviándolos a la sangre y degrada otros
transformándolos en urea que será excretada por los riñones. Fabrica proteínas
plasmáticas. Es también fuente principal de las lipoproteínas del plasma,
incluyendo los LDL y HDL que transportan colesterol, grasas y otras sustancias
insolubles en agua.
Almacena vitaminas solubles en grasas (A,B,E). Produce bilis hepática que se
almacena en la vesícula. Degrada la hemoglobina de los glóbulos rojos muertos o
dañados a bilirrubina, pigmento amarillo liberado a través de la bilis y excretado
por el tubo intestinal. Degrada una gran variedad de sustancias extrañas como el
alcohol.
10.- EL INTESTINO GRUESO
Los materiales no absorbidos en el intestino delgado continúan su camino hacia el
intestino grueso por movimientos peristálticos. La absorción de agua, sodio y otros
minerales, en su mayor parte en el intestino delgado, continúa en el grueso.
Durante la digestión entran en el estómago e intestino grandes cantidades de agua,
unos 7 litros, en alimentos, líquidos ingeridos, secreciones digestivas o por ósmosis
desde los líquidos corporales. Los animales han desarrollado mecanismos de
absorción de agua principalmente en el riñón pero también en el colon. Durante las
10 ó 12 horas que permanece el alimento en el intestino grueso se absorbe agua y
elementos inorgánicos.
El intestino grueso alberga bacterias simbióticas que degradan parte de las
sustancias no digeridas. De la actividad bacteriana se producen por síntesis
aminoácidos y vitaminas, sobre todo la K, que pasan algunas al torrente sanguíneo.
Después de pasar por el intestino grueso quedan fibras duras, cartílagos y
fragmentos de celulosa suspendidos en cantidades reducidas de agua. La fibra hace
que los desechos adquieran suficiente volumen para estimular los movimientos
peristálticos. Mezclados con esto hay pigmentos biliares, excreciones del colon,
bacterias y producto de su actividad. Las heces se mezclan con el mucus que
producen las glándulas de las paredes del intestino grueso con el fin de lubricarlas
hasta que son expulsadas por el ano.
11.- PROCESOS METABÓLICOS DE LAS CÉLULAS
La célula transforma energía (química o solar) en cinética, térmica o lumínica. La
estructura de la biosfera está determinada por los intercambios de energía entre
los organismos que la integran.
Se admite que el universo es un sistema cerrado. La tierra no lo es ya que recibe
energía del sol fundamental para mantener la vida; todo esto gracias a los
organismos fotosintéticos que utilizan la energía del sol para sintetizar moléculas
de mayor tamaño (azúcares) a partir de moléculas pequeñas (agua y dióxido de
carbono). La energía lumínica se almacena en los enlaces químicos de los azúcares
El metabolismo es un conjunto de reacciones químicas de síntesis y degradación con
intercambio de energía. El anabolismo es el conjunto de reacciones químicas de los
procesos de síntesis con gasto energético. El catabolismo es el conjunto de
reacciones de ruptura de moléculas de mayor tamaño con liberación de energía.
El catabolismo tiene dos propósitos:
liberar la energía necesaria para los procesos anabólicos y otros trabajos de la
célula
suministrar la materia prima necesaria para los procesos anabólicos.
Anabolismo y catabolismo suministran a la célula, a través de procesos de síntesis
y degradación, los materiales que forman su estructura, materiales de almacén y
reserva energética y la energía necesaria para sus fines vitales.
Para el metabolismo deben reaccionar (chocar) unas y otras moléculas venciendo la
repulsión que produce su capa de electrones. La fuerza de choque depende de su
energía cinética y de la de las moléculas de la célula es moderada. Así las
reacciones químicas no se harían o serían muy lentas.
La existencia de enzimas que forman asociación pasajera con las moléculas
reaccionantes facilitan esta reacción. El catalizador permanece intacto y se puede
reutilizar. Gracias a las enzimas las células desarrollan reacciones rápidas y,
comparativamente, a baja temperatura.
12.- EL ATP
El anabolismo y catabolismo están acoplados a través de un transportador de
energía química: el ATP.
El ATP (adenosin trifosfato) es un nucleósido formado por una base nitrogenada
(adenina), una pentosa (ribosa) y grupos fosfato. El ATP almacena en los enlaces
de sus grupos fosfato la energía liberada en las reacciones metabólicas. La
hidrólisis del ATP libera fosfato inorgánico y una gran cantidad de energía
aprovechable pasando a ser ADP (adenosin difosfato). También el ADP puede pasar a
AMP (adenosin monofosfato) y liberar energía.
El AMP y ADP captando energía pueden incorporar grupos fosfato y pasar a ADP y
ATP respectivamente, almacenando así energía.
Por la hidrólisis de ATP se pueden sintetizar polímeros como los polisacáridos,
proteínas y ácidos nucleicos, se pueden realizar reacciones de transporte activo de
moléculas a través de la membrana celular y reacciones que generan movimiento.
13.- REACCIONES CATABÓLICAS
Las pequeñas moléculas resultado de la digestión (monosacáridos, aminoácidos,
ácidos grasos y glicerina) van por la sangre y penetran en las células, primero en
el citoplasma y luego en las mitocondrias siendo degradadas totalmente a CO2 y
H2O con liberación de energía que impulsa la síntesis de ATP.
En el citosol citoplasmático se da la glucólisis, proceso por el cual la glucosa es
degradada anaeróbicamente (sin oxígeno) a dos moléculas de ácido pirúvico ( de
tres carbonos), dando también dos moléculas de ATP.
La segunda fase del catabolismo es la respiración mitocondrial: el ácido pirúvico
entra en la mitocondria para su completa oxidación. Esta fase también se llama
catabolismo oxidativo. En las mitocondrias el ácido pirúvico se transforma primero
en acetil coenzima A (acetil CoA). Esta coenzima es no proteica como todas pero
asociada a una enzima la convierten en su forma activa (muchas vitaminas son
transformadas en coenzimas). El acetil CoA sufre unas reacciones que transcurren
en dos partes: el ciclo de krebs o del ácido cítrico y la cadena transportadora de
electrones, produciéndose CO2, H2O y una gran cantidad de ATP.
Diferentes coenzimas funcionan en este proceso como aceptoras de electrones que
se producen en el ciclo de krebs y los transfieren a la cadena transportadora de
electrones en la que estos van cediendo energía para formar ATP. Al final de esta
cadena los electrones se unen a protones, se combinan con oxígeno y se forma
agua.
Por cada molécula de glucosa se producen 2 ATP glucólisis y 36 ATP en las
mitocondrias.
Todas las reacciones catabólicas confluyen en el ciclo de krebs; la combustión de
grasas también produce acetil CoA; el catabolismo de los aminoácidos también
proporciona ácido pirúvico y acetil CoA que penetra en el ciclo del ácido cítrico.
En los organismos anaerobios, la ausencia de oxígeno impide la degradación
oxidativa completa del ácido pirúvico. En este caso en lugar de entrar a las
mitocondrias, el ácido pirúvico se ve sometido a fermentación alcohólica (etanol +
CO2) realizada por levaduras la fermentación láctica (ácido láctico) realizada por
microorganismos y también por las células musculares sometidas a intensa
actividad (por mucho que respiramos el oxígeno no es suficiente para degradar el
ácido pirúvico que es degradado a ácido láctico). El ácido láctico acumulado en el
músculo produce sensación de fatiga muscular y su posible cristalización produce
las agujetas. El rendimiento energético de la fermentación es mucho menor que en
las reacciones aeróbicas.
13.1.- REACCIONES DE SÍNTESIS O ANABOLISMO
Anabolismo es el conjunto de reacciones de biosíntesis en las que a partir de
moléculas pequeñas se forman las moléculas más grandes y complejas que forman
un organismo.
La energía acumulada en el ATP del catabolismo es la empleada en las reacciones
anabólicas o de síntesis. Además muchos monómeros necesarios para la síntesis
anabólica de polímeros son proporcionados en las reacciones metabólicas de
carbohidratos, grasas y proteínas.
El catabolismo y anabolismo están acoplados a través de sistemas enzimáticos que
permiten la transferencia de energía.
Las principales macromoléculas sintetizadas son proteínas, polisacáridos y
polinucleótidos (ADN y ARN). Estas reacciones de síntesis son de deshidratación,
pérdida de agua y consumo de energía proporcionada por desfosforilación del ATP.
Los polisacáridos sintetizados (principalmente glucógeno), son utilizados como
reserva energética, en los vertebrados principalmente en el hígado y los músculos.
Cuando el nivel de glucosa es elevado en la sangre, la insulina (producida por el
páncreas) estimula la síntesis hepática de glucógeno. Cuando el nivel es bajo, el
páncreas libera glucagón que estimula al hígado a que hidrolice glucógeno a glucosa
que pasa al torrente sanguíneo.
La síntesis de grasas (triglicéridos o acilglicéridos) viene de una molécula de
glicerol y tres ácidos grasos. Los fosfolípidos, fundamentales en las estructuras
membranosas, se sintetizan a partir de una molécula de glicerol, dos de ácidos
grasos y un grupo fosfato. Los glucolípidos, también presentes en la membrana
celular, se sintetizan de glicerol, dos ácidos grasos y un carbohidrato.
Las proteínas, polímeros de aminoácidos o polipéptidos, se sintetizan en los
ribosomas celulares.
La síntesis anabólica de ácidos nucleicos supone reacciones de polimerización de
nucleótidos que resultan a su vez de la síntesis de pentosa, grupo fosfato y la base
nitrogenada.
14.- REGULACIÓN DEL METABOLISMO
La célula controla las cantidades de productos sintetizados regulando
temporalmente la presencia y cantidad de enzimas que catalizan estos procesos.
Este proceso de inhibición enzimática se llama de regulación por retroalimentación
o feedback y es temporal y reversible.
Ante intensa actividad los hepatocitos (células hepáticas), metabolizan el ácido
láctico, producido en el músculo por fermentación, que se transforma de nuevo en
glucosa.
TEMA 7 RESPIRACIÓN Y CIRCULACIÓN
1.- FISIOLOGÍA DE LA RESPIRACIÓN
El intercambio gaseoso ocurre por difusión (movimiento de partículas de una región
de mayor concentración a la menor). Al hablar de gases se habla de presión, no de
concentración.
El oxígeno está en el aire a una presión del 21%, presión a la que se disuelve en el
agua y a la que el aire pasa por difusión al cuerpo de los organismos terrestres.
La piel, bronquios, tráqueas o pulmones (según animales), constituyen una
superficie respiratoria a través de la cual se difunde oxígeno hacia dentro y dióxido
de carbono hacia fuera. Este intercambio de gases se produce entre el ambiente
externo y los líquidos que circulan por el cuerpo y entre éstos y las células de los
tejidos.
El oxígeno entra en las células por difusión, participa en las reacciones de
oxidación de los compuestos orgánicos, procesos en los que se produce CO2 que se
difunde fuera de la célula.
Sin embargo solo por difusión el oxígeno no llegaría a todas las células desde los
pulmones. El sistema circulatorio permite el transporte de los gases a las células.
Las branquias y pulmones presentan grandes superficies para facilitar el
intercambio gaseoso, además de presentar una abundante irrigación sanguínea.
Los pulmones al ser cavidades internas pueden mantener húmedas las superficies
respiratorias sin que se evapore demasiada agua. En reptiles, aves y mamíferos el
aire entra y sale de los pulmones gracias a cambios de tamaño producidos por
movimientos musculares.
El proceso respiratorio tiene cuatro etapas:
movimiento del oxígeno hasta la superficie de intercambio (membrana húmeda con
capilares)
difusión del oxígeno a la sangre a través de esa membrana
movimiento del oxígeno hacia los tejidos donde será utilizado metabólicamente
difusión del oxígeno desde la sangre a las células de los tejidos.
El CO2 producido en las células lleva el proceso a la inversa.
2.- LA RESPIRACIÓN EN EL HOMBRE
El aparato respiratorio humano está formado por nariz y boca, faringe, laringe,
tráquea, bronquios y pulmones. La inspiración y espiración se suele realizar por la
nariz. Las células que tapizan las cavidades nasales poseen pelos y cilios que
capturan polvo y partículas extrañas; además las fosas nasales están muy irrigadas
con lo que calientan el aire.
El aire se calienta y limpia en la nariz de donde pasa a la faringe, laringe -con
cuerdas vocales- y a la tráquea reforzada con anillos cartilaginosos que impiden su
colapso en la inspiración. De la tráquea pasa a los bronquios que se subdividen
modificándose en conductos cada vez más pequeños (bronquiolos) que terminan en
los alvéolos con forma de saco entre 0,1 y 0,2 mm de diámetro. Los alvéolos tienen
unas paredes muy finas rodeadas por numerosos capilares, ambas cosas facilitan la
difusión.
Tráquea, bronquios, y bronquiolos están tapizados por células epiteliales
secretoras de mucus y ciliadas. El mucus reviste al sistema respiratorio y captura
partículas extrañas (los alvéolos son muy finos), los cilios llevan el mucus y las
partículas extrañas hacia la faringe donde son deglutidos.
El pulmón izquierdo humano es un poco más pequeño que el derecho por dejar sitio
al corazón. Los pulmones tienen unos 300 millones de alvéolos que suponen unos 70
m2 de superficie respiratoria (40 veces más que la superficie corporal). Los
pulmones están rodeados por la pleura, fina membrana que segrega un líquido
lubricante que permite el suave movimiento de los pulmones en la caja torácica. La
inflamación de la pleura (pleuritis) produce excesiva secreción que da problemas
respiratorios.
3.- CÓMO RESPIRAMOS
Cuando la presión alveolar es mayor que el ambiente, el aire sale de los pulmones
(espiración). Cuando es menor se produce la inspiración.
La presión en los pulmones varía con los cambios de volumen de la caja torácica que
se producen por contracción o relajación del diafragma y los músculos
intercostales. En la inspiración se contrae el diafragma y los músculos
intercostales mueven las costillas hacia arriba agrandando la caja torácica con lo
que la presión interior disminuye y el aire entra. Al relajar, el diafragma se abomba
y las costillas descienden con lo que se reduce el volumen torácico y aumenta la
presión con lo que el aire sale.
En una respiración normal solo se intercambia un 10% del aire contenido en los
pulmones.
4.- LA HEMOGLOBINA
Presente en los glóbulos rojos es una proteína globular de estructura cuaternaria
(cuatro cadenas de polipéptidos). Cada una de las cadenas se combina con un grupo
hemo (que contiene hierro). Cada molécula de hemoglobina fija cuatro moléculas de
oxígeno, una por cada cadena ya que es el hierro el que se combina con el oxígeno.
Cada glóbulo rojo posee unos 256 millones de moléculas de hemoglobina que se
oxida tomando un color rojo más intenso. La hemoglobina se combina o libera
oxígeno en función de la concentración de oxígeno circundante. En los alvéolos, con
alta concentración de oxígeno, la hemoglobina está combinada con oxígeno; en los
tejidos con baja concentración de oxígeno, lo libera al plasma y éste se difunde a las
células.
5.- CONTROL DE LA RESPIRACIÓN
El ritmo y profundidad de la respiración los controla el sistema nervioso, en
concreto las neuronas respiratorias del encéfalo que activan las neuronas motoras
de la médula espinal que provocan la contracción de los músculos del tórax y el
diafragma. Estas neuronas detectan la concentración de oxígeno y dióxido de
carbono en sangre.
El control del proceso respiratorio es involuntario, sin embargo también se puede
aumentar el ritmo respiratorio contrayendo o relajando los músculos respiratorios
a voluntad.
6.- EL APARATO CIRCULATORIO
La sangre es el principal vehículo de comunicación entre las células del organismo.
La sangre transporta los nutrientes y el oxígeno que lleva a las células del
organismo. La sangre transporta los nutrientes y el oxígeno que lleva a las células
y los productos de excreción y el CO2 que se han producido en la actividad
metabólica. El CO2 se expulsa por difusión en los pulmones y la urea y otros
desechos se procesan en el riñón. La sangre también transporta hormonas, enzimas
y anticuerpos
7.- COMPOSICIÓN DE LA SANGRE
Un adulto posee unos seis litros de sangre. El 60% de la sangre es un líquido
llamado plasma que en su mayor parte es agua y que contiene proteínas
plasmáticas como la albúmina, fibrinógeno y globulinas (entre las que se
encuentran las inmunoglobulinas o anticuerpos). En el plasma se transportan la
mayoría de las sustancias (excepto el CO2 y el O2 transportados por la
hemoglobina de los eritrocitos). El 40% restante lo constituyen los eritrocitos,
leucocitos y trombocitos.
Los glóbulos rojos o eritrocitos son células especializadas en el transporte de
oxígeno. En la madurez pierden su núcleo y mitocondrias con el fin de ganar
volumen a ocupar por la hemoglobina. Al carecer de núcleo no lleva instrucciones
para renovar o reparar la célula y su vida media es baja (120 a 130 días). Su
destrucción se produce en el bazo y en el hígado. Existen unos 5 millones/mm3. Los
fabrican los órganos hematopoyéticos del cuerpo, en especial la médula ósea. En la
destrucción del glóbulo rojo la hemoglobina se descompone en bilirrubina que desde
la sangre es absorbida por el hígado y pasa a formar parte de la bilis. Cuando el
hígado está enfermo no puede absorber toda la bilirrubina que queda en la sangre
provocando un color de piel amarillento propio de la ictericia.
Los glóbulos blancos o leucocitos son más grandes que los eritrocitos, casi
incoloros y con núcleo. Solo hay 6000 a 9000/mm3. Su principal función es la
defensa contra bacterias, virus y otras partículas extrañas. A diferencia de los
eritrocitos son deformables y pueden extravasarse del torrente sanguíneo a los
tejidos valiéndose de pseudópodos que les permiten fagocitar al agente extraño y
combatir la infección. Muchos mueren combatiendo infecciones y son repuestos por
el bazo, la médula ósea y otros tejidos.
Las plaquetas o trombocitos son bolsas incoloras e irregulares de tamaño medio
eritrocito. No tienen núcleo, son pequeñas bolsas de fragmentos de citoplasma de
células más grandes que se encuentran en la médula ósea y actúan como
precursores de las plaquetas. Hay unas 250.000/mm3. Participan en la coagulación,
evitan que por los vasos rotos haya pérdida excesiva de sangre. Al romperse un
vaso, las plaquetas se adhieren a las paredes rotas, se rompen y liberan ciertas
sustancias, una de ellas es un fosfolípido necesario para que la protrombina
presente en la sangre pase a su forma activa: trombina, enzima necesaria para que
el fibrinógeno, proteína sanguínea soluble, pase a fibrina, proteína insoluble que
forma un coágulo de sangre que tapona la herida. El fosfolípido de las plaquetas y
la trombina se desactivan rápidamente, así solo se coagula la zona de la herida.
Además de no producir trombina más que en caso necesario la sangre lleva
heparina, que es un anticoagulante natural.
La hemofilia se debe a la falta de un gen localizado en el cromosoma que codifica la
síntesis de una proteína: FACTOR VIII, necesaria para que se produzca la cadena de
reacciones que desembocan en la fibrina.
8.- APARATO CARDIOVASCULAR
Formado por el corazón y los vasos sanguíneos en un circuito cerrado. El corazón
bombea la sangre que pasa a las grandes arterias, las arterias se ramifican en
arteriolas y estas en capilares que comienzan en vénulas, y de ahí pasan a venas
cada vez más recias.
Las arterias poseen paredes elásticas, fuertes y gruesas que soportan la alta
presión de la sangre al salir del corazón. En las arteriolas el grosor de la pared va
disminuyendo; al llegar a los capilares es de tan solo una célula. Las paredes de las
venas son finas y dilatables lo que reduce la resistencia al flujo de sangre que
vuelve al corazón. El intercambio de nutrientes y gases con los tejidos tiene lugar
en los capilares.
9.- EL CORAZÓN
El corazón se encuentra dividido en dos órganos, el derecho y el izquierdo que
reciben sangre venosa y arterial respectivamente y que no están comunicados. El
corazón derecho recibe la sangre de las venas cava superior e inferior, entra en la
aurícula derecha y pasa (por la válvula tricúspide) al ventrículo derecho que
propulsa la sangre venosa a los pulmones a través de las arterias pulmonares
(circulación pulmonar o menor) donde se oxigena. De aquí la sangre ya oxigenada
(arterial) vuelve por las venas pulmonares a la aurícula izquierda, pasa por la
válvula mitral al ventrículo izquierdo para ser bombeada a gran presión a través de
la arteria aorta hacia los tejidos corporales (circulación sistémica, mayor o
general).
Aurículas y ventrículos están separados por la válvula tricúspide en el lado derecho
y la válvula mitral en el izquierdo.
Las válvulas entre los ventrículos y la arteria pulmonar y aórtica se cierran tras la
contracción del ventrículo para evitar el retorno de la sangre. Los sonidos del latido
corresponden en un primer sonido al cierre de válvulas entre aurículas y
ventrículos y en un segundo sonido al cierre de las válvulas que separan arterias de
ventrículos. El soplo cardíaco es el sonido de la sangre que regresa a través de una
válvula mal cerrada.
Las paredes del corazón están formadas por miocardio, un músculo que se
autoestimula para contraerse. La contracción del miocardio se inicia en el nódulo
sinoauricular, en la aurícula derecha, que funciona como marcapasos; al contraerse
se produce una onda de excitación que se propaga a gran velocidad por la aurícula
derecha e izquierda que se contraen casi al mismo tiempo. Posteriormente, a gran
velocidad se transmiten impulsos que contraen los ventrículos derecho e izquierdo.
Aunque el corazón se autoestimula el latido está bajo control nervioso. El encéfalo
desde el centro de ritmo cardiaco, mantiene el ritmo del corazón ajustado a las
condiciones orgánicas y ambientales. Desde el encéfalo parten dos pares de nervios
hacia el corazón. El par de nervios simpáticos va por la médula espinal hasta el
corazón provocando su aceleración. El par de nervios parasimpáticos forma parte
del nervio vago (del cuello) y sus impulsos frenan el ritmo cardiaco.
El centro de ritmo cardiaco se deja influir por los sentidos (vista, oído...). El ritmo
aumenta cuando baja el pH sanguíneo; el dióxido de carbono eleva su concentración
cuando aumenta el trabajo muscular (el CO2 pasa en el agua de la sangre a ácido
carbónico bajando el pH). La adrenalina procedente de las glándulas suprarrenales
también acelera el ritmo cardiaco.
Las arterias coronarias son las encargadas de llevar al miocardio el aporte de
nutrientes y oxígeno. El taponamiento de una arteria coronaria debido a un coágulo
o trombo puede dar lugar a que el miocardio no reciba suficiente sangre y presente
un cuadro doloroso de angina de pecho que puede desembocar en un infarto. Cuando
el trompo se produce en una arteria que va al cerebro se produce un ataque de
apoplejía.
Dado que el corazón es un músculo puede crecer con el ejercicio físico.
10.- LA PRESIÓN SANGUÍNEA
La presión sanguínea es la fuerza por unidad de superficie que la sangre ejerce
contra las paredes de los vasos sanguíneos. Se la describe en términos de la altura
a la que empujaba una columna de mercurio que en un adulto joven suele ser de 120
mm de mercurio cuando los ventrículos se contraen y de 80 mm cuando se relajan.
La presión es generada por el bombeo del corazón. A mayor presión mayor será la
velocidad de circulación de la sangre.
La presión sanguínea se regula por retroalimentación negativa: cuando baja, la
actividad cardiaca aumenta y los vasos sanguíneos se contraen con lo cual aumenta
la presión. Cuando sube disminuye la actividad cardiaca, los vasos sanguíneos se
dilatan y la presión disminuye.
11.- SISTEMA LINFÁTICO
Parte del líquido sanguíneo que sale de los capilares para llegar a las células, no
entra en ellas y queda como líquido intersticial que no regresa al torrente
sanguíneo sino que es recogido por el torrente linfático que lo devolverá después al
torrente sanguíneo.
El sistema linfático juega un papel en cuanto a la absorción intestinal de las grasas
y en la defensa inmunitaria del organismo.
El sistema linfático está formado por una red de vasos y ganglios. Recoge los
líquidos que no son devueltos a los capilares y constituyen la linfa. La linfa no
posee eritrocitos y trombocitos. Lleva leucocitos (principalmente linfocitos) y
grasas absorbidas en el intestino.
Como el sistema linfático no posee corazón, los vasos linfáticos poseen válvulas
que impiden el regreso (al igual que las venas) y soportan contracciones de los
músculos esqueléticos que los comprimen favoreciendo el avance de la linfa en un
solo sentido. Los capilares linfáticos salen de los tejidos y se reúnen formando
conductos mayores hasta desembocar en las venas subclavias (debajo de las
clavículas), venas que desembocan en la cava. Por tanto el sistema linfático es de
circulación y transporte de retorno a la circulación general de materiales
necesarios para el organismo.
Los ganglios linfáticos filtran, separan y fagocitan los productos de desecho
(restos celulares, células muertas, microbios...) antes de que la linfa pase a la
sangre. Por ejemplo en los pulmones la linfa recoge restos de polvo, humo y los
transporta a los ganglios donde se eliminan.
Además los ganglios son centros de formación de linfocitos con importante papel
inmunitario.
TEMA 8 HOMEOSTASIS E INMUNIDAD
1.- REGULACIÓN HOMEOSTÁTICA
Los órganos y aparatos del cuerpo deben funcionar en las condiciones químicas
adecuadas. Así se deben mantener esas condiciones de estabilidad y equilibrio
químico, es decir en equilibrio homeostático.
La regulación homeostática supone mantener un equilibrio químico adecuado (por
ejemplo ya vimos que el agua es el vehículo de entrada y salidas de moléculas a la
célula y el medio químico en que tienen lugar las reacciones celulares).
En la actividad metabólica se producen sustancias de desecho que pueden alterar el
equilibrio químico de la célula. Además la actividad celular debe darse en unos
márgenes estrechos de temperatura.
Las funciones homeostáticas más importantes son las que afectan al
mantenimiento de la composición química interna y por tanto también al equilibrio
hídrico y la regulación de la temperatura corporal. Para desarrollar estas
funciones homeostáticas trabajan los sistemas de excreción del organismo y en
especial los riñones.
2.- LA REGULACIÓN DEL MEDIO QUÍMICO
La actividad celular es una actividad química que precisa determinadas condiciones
(de pH, temperatura, presión osmótica, concentraciones de solutos etc.). Para
mantener el equilibrio químico interno se debe dar solución a tres problemas:
mantener el equilibrio hídrico, excretar los residuos del metabolismo (CO2, H2O,
NH3, urea y ácido úrico) y regular la concentración química en sangre, líquidos
intersticiales y medio acuoso intracelular. La solución a estos tres problemas pasa
por la existencia de un balance adecuado entre el agua ingresada y expulsada por el
organismo.
Además de los riñones (pieza fundamental de la excreción) trabajan en esto los
pulmones (expulsión del CO2), la piel (que elimina agua y productos de desecho con
el sudor) y el intestino grueso que expulsa sustancias no digeribles y una pequeña
cantidad de agua.
Determinados iones (Na, H, Ca, Mg, k...) son imprescindibles para la permeabilidad
de las membranas, el mantenimiento del pH sanguíneo, la propagación del impulso
nervioso o la contracción muscular. La concentración de estos iones depende de la
cantidad de ellos y de la cantidad de agua en la que se disuelven.
3.- EXCRECIÓN Y SISTEMAS EXCRETORES
Además de eliminar desechos intervienen en la regulación de la composición
química de los líquidos corporales (homeóstasis). Por tanto en realidad son
sistemas reguladores.
La presión osmótica es proporcional a la concentración de sal. Cuando se pierde
agua aumenta la presión osmótica por se mayor la concentración de sal. Para
mantener constante la presión osmótica se debe frenar la salida de agua y/o
aumentar el ingreso. Disminuir la salida es frenar la función renal a través de la
hormona vasopresina o antidiurética ADH que aumenta la reabsorción de agua en los
riñones. Al aumentar la presión osmótica el hipotálamo libera esta hormona. El
aumento de la presión osmótica también aumenta la sensación de sed.
Los derechos fundamentales son el dióxido de carbono, el amoniaco, la urea y el
ácido úrico, además agua y sales minerales sobrantes (es cuestión de cantidad). Es
decir en el caso del agua y sales minerales la cuestión es mantener el equilibrio
osmótico necesario.
Los sistemas excretores realizan su función a través de tres procesos: filtración,
reabsorción y secreción.
La filtración tiene lugar entre los líquidos circulantes del cuerpo (sangre o linfa) y
el interior de una estructura con función excretora. La presión sanguínea
suministra la fuerza para la filtración. Las células y proteínas no pasan a través
del filtro, si pasan la mayoría de los componentes con lo que el filtrado recogido es
líquido intersticial que forma la orina inicial.
La orina inicial fluye hacia el exterior del sistema excretor por una zona en la que
se realiza la reabsorción. Las células excretoras extraen las sustancias necesarias
y las devuelven a la sangre. Si se reabsorben sales, la orina resultante en esta fase
es hipotónica, si se reabsorbe agua hipertónica.
La secreción consiste en el paso de ciertos productos que deben ser excretados de
la sangre a la orina (proceso opuesto a la reabsorción).
4.- EL RIÑÓN
Se compone de la corteza y la médula renal. En la zona interior está la pelvis renal,
cavidad colectora que desemboca en el uréter. El uréter es un tubo que desemboca
en la vejiga. Al riñón entra la arteria renal cargada de desechos y sale la vena renal
con sangre purificada de las sustancias de desecho. Toda la sangre pasa por los
riñones unas veinte veces cada hora.
Tanto en la corteza renal como en la médula se encuentran las nefronas. Cada
nefrona consiste en un racimo de capilares (glomérulo), un bulbo llamado cápsula
de Bowman y un tubo llamado túbulo renal. Una parte del túbulo renal es el asa de
Henle. La orina formada en cada una del aproximadamente millón de nefronas pasa
a los tubos colectores que desembocan en la pelvis renal, de ahí pasa al uréter
hasta la vejiga donde se almacena la orina para ser excretada por la uretra.
El filtro glomerular produce un líquido parecido al plasma pero sin proteínas. En el
tubo renal se selecciona el filtrado, si sobra agua en el cuerpo se forma mucha
orina diluida. Si falta se elimina poco volumen de orina concentrada.
5.- MECANISMO EXCRETOR DEL RIÑÓN
La arteria renal se divide en arteriolas cada vez más pequeñas que van a parar a
cada uno de los glomérulos. La sangre circula por el glomérulo a mayor presión de
forma que el plasma y las sustancias de bajo peso molecular atraviesan la
membrana del glomérulo a la cápsula de Bowman. Este es el primer proceso: el de
filtración.
Este filtrado inicia su largo recorrido por los túbulos renales cuyas finas paredes
están formadas por una capa de células especializadas en absorber ciertas
moléculas del filtrado y secretar otras. Durante la secreción las sustancias que no
habían pasado a la cápsula de Bowman pasan de los capilares al filtrado.
Simultáneamente se reabsorbe la mayoría del agua y de las moléculas útiles que
permanecían en el filtrado y pasan a los capilares. La urea se reabsorbe
aproximadamente en un 50%.
La diabetes mellitus supone la presencia de alta concentración de glucosa en la
orina. Esto es debido a la inadecuada producción de insulina. La insulina hace
aumentar el ritmo de entrada de la glucosa de la sangre a músculos e hígado. Su
deficiencia hace que la glucosa quede en la sangre y se excreta con la orina.
6.- CONTROL HORMONAL DE LA FUNCIÓN RENAL.
Algunas hormonas actúan sobre la nefrona provocando la modificación de la
composición de la orina.
La aldosterona producida en las glándulas suprarrenales estimula la reabsorción de
sodio y la secreción de potasio. En la enfermedad de Addison se pierde orina con
mucho cloruro sódico y agua.
La ADH o antidiurética se forma en el hipotálamo y se almacena en la hipófisis,
actúa sobre los tubos colectores de las nefronas aumentando su permeabilidad al
agua (variación de la concentración de la orina). La cantidad de ADH liberada
depende de la presión osmótica de la sangre. El alcohol suprime la secreción de ADH
aumentando la producción de orina.
7.- RESPUESTA INMUNE.
Es la forma en que la célula y el organismo se defienden frente a posibles
agresiones sufridas por microorganismos externos o partículas extrañas.
8.- DEFENSAS INESPECÍFICAS.
La primera barrera de defensas la forman la piel y las mucosas que tapizan el tubo
digestivo, aparato respiratorio y el tracto genitourinario que están en contacto con
el medio externo. Las células epiteliales además de ser barrera física, segregan
sustancias bactericidas (el sudor es bactericida por ser ácido, las lágrimas, los
mocos nasales y las saliva son secreciones defensivas ya que poseen lisozima de
acción bactericida. El jugo gástrico ayuda a destruir los microorganismos que
llegan al estómago. Además algunas zonas del aparato respiratorio tienen células
epiteliales ciliadas.
Cuando estas barreras no frenan el avance de microorganismos se pone en marcha
el segundo nivel defensivo inespecífico (respuesta inespecífica) o incluso el tercer
nivel específico (respuesta inmunitaria).
9.- RESPUESTA INESPECÍFICA
Cuando el microorganismo consigue atravesar la primera barrera de defensas, la
zona afectada libera histamina a través de sus células. La histamina favorece el
aumento de circulación sanguínea y la permeabilidad de los capilares de la zona. Así
los leucocitos salen de los capilares y se concentran en la zona fagocitando con sus
pseudópodos las partículas invasoras y a veces generando en su acumulación la
formación de pus. Esto origina un enrojecimiento de la zona afectada (mayor flujo
de sangre), inflamación y aumento local de la temperatura y dolor. Este cuadro de
temperatura puede ser local o provocar reacciones sistémicas (fiebre).
Esto constituye la respuesta inflamatoria, en la que actúan los leucocitos
fagocitarios (macrófagos y neutrófilos) que se producen en la médula ósea de los
huesos largos al igual que el resto de los leucocitos y eritrocitos. Desde allí acuden
a la zona afectada y también se alojan en bazo, ganglios linfáticos, hígado y
pulmones donde atrapan agentes infecciosos y partículas extrañas.
Otro mecanismo defensivo inespecífico es la producción de interferón. Cuando una
célula es atacada libera interferón que se une a los receptores de membrana de las
células vecinas. Esta unión estimula a la célula no infectada a producir enzimas que
bloquean la traducción del ARNm viral en proteínas de forma que impiden que
nuevos virus infectantes pueden reproducirse. Además el interferón se une a los
receptores de membrana de los leucocitos estimulando la respuesta inflamatoria y
la inmunitaria.
10.- RESPUESTA INMUNITARIA.
El sistema inmunitario defiende a nuestro cuerpo elaborando respuestas inmunes.
Los órganos que forman este sistema son fundamentalmente la médula ósea y el
timo. Además están los ganglios linfáticos, amígdalas, bazo y pared intestinal. En
los ganglios linfáticos se concentran gran cantidad de linfocitos y macrófagos.
La respuesta inmunitaria es una defensa específica: diferencia microorganismos y
moléculas extrañas de otras semejantes. Por ejemplo, nuestro sistema inmunitario
reconoce como diferentes a diferentes virus de gripe y elabora respuestas
defensivas diferentes.
El sistema inmune reconoce, pues, al invasor y elabora una respuesta particular,
pero además tiene memoria lo que le permite reconocer organismos patógenos a
los que ya había estado expuesto. Produce un tipo de linfocito de larga vida en el
primer contacto con el agente extraño; en un segundo contacto se detecta con
rapidez la presencia del agente patógeno y desencadenan rápida la respuesta
defensiva. Este mecanismo funciona con muchas enfermedades que solo se
producen una vez en la vida.
Además el sistema inmunitario reconoce entre lo propio y lo extraño, por eso en
los trasplantes es necesario tratar el sistema inmunitario.
11.- ANTÍGENOS Y ANTICUERPOS
Un antígeno es cualquier sustancia extraña, generalmente una proteína o un
polisacárido, que desencadena la respuesta inmunitaria del organismo afectado. Un
anticuerpo o inmunoglobulina es una proteína globular sintetizada por los
linfocitos B que se combina específicamente con el antígeno.
Por tanto es antígeno cualquier molécula o partícula que desencadena la producción
de anticuerpos por los linfocitos B. Actúan como anticuerpos casi todas las
proteínas extrañas y los polisacáridos que el organismo no reconoce como propios.
Las proteínas y los polisacáridos de la comida no desencadenan esta reacción puesto
que el tubo digestivo es un medio externo y cuando atraviesan la mucosa intestinal
están degradados. Pueden actuar también como antígenos el polvo y sus ácaros, el
polen, etc.
La especificidad de la respuesta inmune resulta de la acción de los linfocitos, unos
leucocitos producidos en la médula ósea (linfocitos B) y en el timo (linfocitos T).
Los linfocitos B producen anticuerpos o inmunoglobulinas que son proteínas
globulares. Cada anticuerpo tiene una forma distinta que le permite fijarse solo a
un antígeno particular. Los anticuerpos pueden actuar recubriendo la partícula
extraña para que sea fagocitada por otros leucocitos, pueden combinarse con el
antígeno para interferir alguna actividad vital o pueden producir la rotura del
antígeno por lisis.
Los linfocitos B van al torrente sanguíneo y se acumulan en los ganglios linfáticos.
Allí permanecen hasta que un determinado linfocito B reconoce a su antígeno
correspondiente. El primer encuentro entre antígeno e inmunoglobulina constituye
la respuesta inmunitaria primaria. La acción inmune de las células de memoria es la
base de las vacunas: se crean anticuerpos para antígenos que se inoculan muertos o
debilitados, estas inmunoglobulinas permanecerán durante años.
Los linfocitos T se producen en la médula ósea y se trasladan al timo antes de ser
liberados al bazo y ganglios linfáticos. Los linfocitos T no producen anticuerpos. Al
combinarse con los antígenos liberan sustancias que los matan o atraen más
linfocitos. Esta reacción se llama respuesta inmunitaria celular y defiende al
cuerpo de células eucarióticas extrañas así como células propias infectadas
(rompen las células infectadas para que el virus quede expuesto a la acción de los
glóbulos blancos fagocitarios).
Las transfusiones y los trasplantes pueden dar lugar a la respuesta inmunitaria
celular. Por eso en una transfusión las personas con grupo sanguíneo 0 cuyos
glóbulos rojos no tienen antígeno A ni B son donantes universales. Otro antígeno en
los glóbulos rojos es el factor Rh.
Las células T actúan también contra las células cancerígenas. La célula cancerígena
tiene antígenos extraños en el cuerpo. Los linfocitos T lisan la membrana de la
célula y la destruyen.
Las alergias son cuadros de respuesta inmunitaria. La unión del antígeno y el
anticuerpo libera gran cantidad de histamina que desencadena una inflamación. Los
antihistamínicos reducen los síntomas alérgicos y en especial los corticoides que
inhiben la producción de glóbulos blancos.
El SIDA causado por el virus VIH que ataca las células T deja al sistema inmunitario
incapaz de dar respuesta a cualquier enfermedad oportunista o a las células
cancerígenas.
En la esclerosis múltiple o el lupus eritematoso el individuo produce anticuerpos
contra sus propias células.
TEMA 9-A SISTEMA ENDOCRINO
1.- CONCEPTO DE HORMONA
El sistema endocrino está formado por células que se agrupan formando glándulas
endocrinas. Las glándulas endocrinas sintetizan y liberan a la sangre moléculas que
actúan como mensajeros químicos: las hormonas.
Las hormonas una vez liberadas al torrente sanguíneo actúan sobre determinados
órganos o tejidos. Las hormonas son activas en cantidades muy bajas de
concentración. Ligeras modificaciones de una hormona en sangre producen
importantes efectos; por eso su producción debe estar controlada, este control se
realiza por retroactividad negativa. Por ejemplo el páncreas dependiendo del nivel
de glucosa en sangre segrega insulina (para disminuir su nivel) o glucagón (que
produce liberación de glucosa desde el hígado con lo que aumenta su nivel).
Las hormonas pueden ser esteroides (lípidos insolubles en agua), péptidos o
proteínas y derivados de aminoácidos. Los esteroides al ser insolubles en agua para
ser transportados en la sangre se unen a proteínas con lo que su mecanismo de
acción es más lento y tardan más en ser eliminados. Las restantes hormonas se
degradan con mucha rapidez.
2.- MECANISMO DE ACCIÓN DE LAS HORMONAS
Las hormonas esteroideas son liposolubles y por tanto atraviesan la membrana
plasmática de la célula blanco o diana sobre la que actúan. Una vez atravesada la
membrana se une a un receptor específico y el complejo hormona- receptor entra
en el núcleo donde actúa sobre el ADN. El ADN transcribe RNAm que se traducirá en
determinadas proteínas estructurales, enzimáticas u otras que alteren la función
celular.
Las hormonas peptídicas y proteicas o los derivados de aminoácidos son
hidrosolubles y no pueden atravesar la membrana plasmática, se unen a receptores
específicos de membrana que les facilitan la entrada o bien esta unión provoca la
liberación hacia el interior de la célula de unos segundos mensajeros que alteran la
función celular.
3.- GLÁNDULAS ENDOCRINAS
Su función es la producción y secreción a la sangre de hormonas (también existen
glándulas exocrinas cuyos productos se vierten al exterior o cavidades internas
exteriores; por ejemplo las glándulas sudoríparas, mamarias o digestivas.
Hay glándulas con función solo hormonal y otras con otras funciones (por ejemplo
el páncreas tiene función hormonal y digestiva).
Son principalmente la hipófisis, el hipotálamo, el tiroides, cápsulas paratiroides,
cápsulas suprarrenales, páncreas, hipófisis, gónadas, testículos y ovarios.
4.- HIPÓFISIS
Se encuentra en la base del encéfalo y se halla bajo la actividad reguladora del
hipotálamo, las hormonas hipotalámicas estimulan o inhiben la producción de
hormonas hipofisiarias.
La hipófisis tiene tres partes: - lóbulo anterior o adenohipófisis
-lóbulo intermedio
lóbulo posterior o neurohipófisis
En la parte posterior o neurohipófisis se almacenan dos hormonas sintetizadas en
el hipotálamo:
la hormona antidiurética o ADH que incrementa la reabsorción de agua en las
nefronas
La oxitocina favorece las contracciones uterinas y estimula la producción de leche
en las glándulas mamarias.
En el lóbulo anterior o adenohipófisis produce y segrega:
hormona del crecimiento o somatotropina: estimula la síntesis de proteínas y el
crecimiento óseo. Inhibe la absorción y oxidación de la glucosa en algunas células
(estimula el empleo de ácidos grasos para energía deforma que se conserva
glucosa)
prolactina: estimula la producción de leche tras el parto.
Las otras cuatro hormonas que segrega la adenohipófisis son trópicas, es decir, que
estimulan a otras glándulas para producir hormonas:
hormona estimulante del tiroides (TSH): estimula al tiroides a producir tiroxina
hormona adrenocorticotropina (ACTH): estimula la corteza suprarrenal
hormona folículo estimulante (FSH): actúa sobre las gónadas
hormona luteinizante (LH): que también actúa sobre las gónadas
.
5.- EL HIPOTÁLAMO
Es un centro nervioso encefálico. En su aspecto endocrino produce dos hormonas
que se almacenan en la neurohipófisis: la oxitocina y ADH y produce al menos nueve
hormonas que estimulan o inhiben la actividad endocrina de la adenohipófisis.
El hipotálamo recibe impulsos de otras zonas del encéfalo y de otras hormonas
presentes en la sangre y segrega neurohormonas a la sangre a través del sistema
porta-hipofisiario, que actúan sobre el lóbulo anterior de la hipófisis o
adenohipófisis. El hipotálamo y la hipófisis tienen una interrelación entre ellos a
través de retroalimentación, un sistema de regulación retroactiva: las hormonas
del hipotálamo actúan sobre la hipófisis, esta libera hormonas a la sangre que
actúan sobre otras glándulas endocrinas que a su vez liberan hormonas a las
sangre; la concentración de éstas últimas hormonas es el factor que regula la
actividad endocrina del hipotálamo.
La unión entre el hipotálamo y la neurohipófisis se realiza a través de conexiones
nerviosas. Con la adenohipófisis a través del sistema porta hipofisiario.
6.- EL TIROIDES
Se sitúa en el cuello, debajo de la laringe y a ambos lados de la tráquea. La actividad
del tiroides es sobre el metabolismo. Sintetiza dos hormonas:
tiroxina: estimula las actividades metabólicas. En su molécula tiene cuatro
moléculas de yodo (por eso este elemento es fundamental en la nutrición). Si no se
ingiere suficiente yodo la glándula tiroides crece dando lugar al bocio. El
hipertiroidismo es el exceso de producción de tiroxina que acelera en exceso el
metabolismo (pérdida de peso, irritabilidad..). El hipotiroidismo provoca retrasos en
el desarrollo físico y mental, aumento de peso... La hormona trópica TSH es la que
estimula la tiroides a segregar tiroxina.
Calcitonina: es de naturaleza proteica. Se libera cuando la concentración de calcio
en la sangre aumenta, su función es evitar la pérdida de calcio de los huesos
inhibiendo la liberación de calcio por el hueso.
7.- GLÁNDULAS PARATIROIDES
Cuatro pequeñas glándulas adheridas a la parte posterior de la tiroides. Segregan
la parathormona u hormona paratiroidea, provoca el aumento de la concentración
de calcio en la sangre. La acción combinada de la calcitonina y la parathormona
permite un nivel adecuado del ion calcio esencial en la contracción muscular,
impulso nervioso y coagulación sanguínea.
8.- CÁPSULAS SUPRARRENALES
Adheridas a la parte superior de los riñones. Tiene dos partes con diferente
actividad endocrina: la corteza y la médula.
CORTEZA SUPRARRENAL: produce numerosas hormonas esteroideas. Destacan:
cortisol o hidrocortisona: ésta y otras hormonas corticoides actúan sobre el
metabolismos de carbohidratos, lípidos y proteínas favoreciendo la conversión de
grasas y proteínas a glucosa. Su liberación aumenta en situaciones de estrés o
peligro o en actividad deportiva intensa por ser mayor la de glucosa para las
células. Además las hormonas corticoides tienen clara acción antiinflamatoria.
aldosterona: regula la concentración de iones en los líquidos en especial sodio y
potasio. Estimula la reabsorción de sodio y la secreción de potasio. En la
enfermedad de Addison se produce poca aldosterona y se pierde en la orina mucho
cloruro sódico y agua lo que ocasiona falta de sodio en los tejidos y pérdida excesiva
de líquido con la consiguiente bajada de presión sanguínea.
MÉDULA SUPRARRENAL: estimulada por el sistema nervioso vegetativo simpático
segrega adrenalina o epinefrina y noradrenalina o norepinefrina. Aumento del
metabolismo de la glucosa con un aumento de concentración en sangre preparando
el cuerpo para actividad muscular intensa necesaria en situaciones de emergencia.
Produce aumento del ritmo cardiaco y la actividad respiratoria.
9.- PÁNCREAS
Posee dos funciones secretoras: una exocrina como productora de jugo pancreático
con funciones enzimáticas digestivas y otra endocrina a través de la producción y
liberación de insulina y glucagón, hormonas proteicas que regulan el nivel de
glucosa en sangre. Dentro del páncreas hay más de un millón de grupos celulares
llamados islotes de langerhans formados por células alfa que producen glucagón y
células beta que producen insulina.
Insulina: se libera tras la elevación del nivel de glucosa en la sangre. Su acción es
favorecer la absorción celular de la glucosa y convertir la glucosa en glucógeno.
Por ejemplo, tras la comida. El glucógeno se almacena en el hígado y músculos. Así
el cuerpo dispone de reserva de glucosa hasta la siguiente comida. Es la hormona
anabólica por excelencia ya que permite disponer a las células de la glucosa
necesaria para obtener energía en forma de ATP en la síntesis metabólica o
anabolismo. La diabetes mellitus es una enfermedad que hace que la producción
inadecuada de insulina, la glucosa alta sanguínea se pierda con la orina y la falta de
reserva de carbohidratos en forma de glucógeno hace necesario hidrolizar grasas y
proteínas.
Glucagón : estimula la conversión de glucógeno en glucosa y la degradación de
proteínas y grasas con el fin de poder restituir el nivel de glucosa en sangre.
Así pues, el nivel de glucosa se controla mediante varias hormonas. La
adenohipófisis produce somatotropina, la corteza suprarrenal cortisol, la médula
suprarrenal adrenalina y noradrenalina y el páncreas produce insulina y glucagón.
En condiciones normales el páncreas regula el nivel de glucosa en sangre, es
situaciones de estrés la hipófisis segrega ACTH que estimula la corteza
suprarrenal a producir cortisol a la vez que el sistema nervioso simpático estimula
la médula suprarrenal a producir adrenalina y noradrenalina. Esto es importante
para las sensibles neuronas del encéfalo que no pueden oxidar grasas o aminoácidos
como fuente de energía sino solo glucosa.
.
10.- GLÁNDULA PINEAL O EPÍFISIS
Pequeña masa celular muy sensible a la luz situada en el centro del encéfalo.
Segrega melatonina cuya acción parece estar relacionada con el ritmo diario de
actividad biológica o ritmo circadiano así como los ritmos estacionales.
11.- GÓNADAS, TESTÍCULOS Y OVARIOS
Producen hormonas sexuales, son esteroides y su producción está regulada por la
hipófisis a través de las hormonas gonadotrópicas FSH y LH.
Los testículos estimulados por la LH producen andrógenos entre los que destaca la
testosterona responsable de la maduración de los espermatozoides.
Los ovarios producen estrógenos y progesterona que regulan el ciclo menstrual.
TEMA 9 B SISTEMA NERVIOSO
1.- INTRODUCCIÓN
El sistema nervioso es el responsable de la integración y control de todas las
actividades del organismo. La elevada especialización del sistema nervioso reside en
la neurona, célula especializada en recibir estímulos y convertirlos en señales
electroquímicas que se transportan en forma de impulsos nerviosos a otras
neuronas mediante uniones llamadas sinapsis donde participan neurotransmisores.
También pueden transmitir impulsos a células efectoras como fibras musculares o
glándulas que ejecutan la respuesta.
La red nerviosa se organiza en el sistema nervioso central formado por el encéfalo
y la médula espinal, protegidos por el cráneo y la columna vertebral
respectivamente y en el sistema nervioso periférico formado por las neuronas y
nervios sensoriales que llevan información de los receptores al SNC y por
neuronas y nervios motores que llevan la respuesta en estímulos a la musculatura.
Los nervios motores del sistema periférico, forman el sistema nervioso somático
que estimula los músculos esqueléticos y el sistema nervioso autónomo o
vegetativo que estimula los músculos lisos, el miocardio y las glándulas. El sistema
nervioso autónomo se divide en simpático y parasimpático que interactúan entre sí.
2.- LA NEURONA
Es la unidad estructural y funcional del sistema nervioso. Recibe estímulos internos
y externos y los transmite en forma de impulsos electroquímicos hacia la zona de
integración de la información: encéfalo y médula espinal y transmite la
información ya elaborada como respuesta a músculos y glándulas. Por eso la
neurona es una célula secretora a veces de neurotransmisores, otras veces de
hormonas como testimonio patente del funcionamiento inseparable del sistema
nervioso y endocrino.
Las neuronas pierden su capacidad de división una vez completado el desarrollo
neural embrionario. En el tejido nervioso además de neuronas hay células gliales
cuya función es de soporte y aislante; las vainas de mielina que recubren axones y
nervios son células gliales.
La neurona está formada por:
soma o cuerpo neuronal: en el que está el núcleo y la mayoría de los órganos
celulares
axón, cilindroeje, neurita, fibra nerviosa: prolongación citoplasmática que
transmite el impulso nervioso
dendritas: prolongaciones múltiples y finas del citoplasma que reciben estímulos de
otras neuronas.
Lo más característico de las neuronas es sus múltiples prolongaciones que le
permiten conectar con otras neuronas. El impulso nervioso entra por las dendritas
y sale por el axón. El axón puede ser tan largo como para ir en el caso de una
neurona motora desde la médula espinal hasta el dedo del pie. Los nervios son haces
de axones. La agrupación de somas situados fuera del SNC forma los ganglios
nerviosos.
Morfológicamente hay tres tipos de neuronas:
neuronas multipolares: con un axón y varias dendritas. Son las más frecuentes
neuronas bipolares: con un axón y una dendrita.
neuronas unipolares o monopolares: con una sola prolongación del soma que se
puede ramificar en axón y dendrita.
Funcionalmente también hay tres tipos de neuronas:
neuronas sensitivas o aferentes: transmiten estímulos generados por los
receptores sensoriales
neuronas de asociación o intercalares (interneuronas): actúan como eslabones y
forman circuitos dentro del SNC que enlazan neuronas sensitivas con las motoras.
Neuronas motoras o eferentes: transmiten los impulsos desde el SNC a los órganos
efectores
El arco reflejo es el circuito neuronal más sencillo: los receptores reciben un
estímulo que se transmite por las neuronas aferentes o sensitivas hasta una
interneurona o neurona de asociación situada en la médula espinal, que comunica
con una neurona eferente o motora que transmite el estímulo al efector que
efectúa la respuesta.
Receptor sensorial, neurona sensitiva, interneurona, neurona motora y efector son
los elementos básicos de la actividad nerviosa.
.
3.- RECEPTORES NERVIOSOS
Los receptores son neuronas especializadas en reaccionar frente a un estímulo
(luminoso, térmico, mecánico o químico) y transmitirlo en forma de impulso
nervioso. A través de la actividad de los receptores el organismo está informado de
las modificaciones que se producen y puede sobre la base de esta información
elaborar respuestas que le permiten mantener su equilibrio interno y con respecto
al medio.
Hay receptores que detectan cambios en el medio ambiente y detectores que
detectan la variación del medio interno del organismo.
Los receptores nerviosos con un mismo tipo de especialización se agrupan para
formar los órganos sensoriales o sentidos. En el ojo hay conos, sensibles a la luz
intensa y al color, y bastones que se estimulan con poca luz y funcionan durante la
noche, con poca iluminación.
Los receptores nerviosos según el tipo de estímulo al que son sensibles son:
mecanorreceptores: sensibles a estímulos mecánicos, detectan movimiento, tacto,
presión y sonido
quimiorreceptores sensibles a concentración de sustancias químicas; olfato y gusto
fotorreceptores detectan energía luminosa, variaciones y longitud de onda; vista
termorreceptores sensibles a la variación de temperatura
nociceptores sensibles a cambios intensos de energía mecánica, química o
calorífica; son los receptores del dolor.
.
4.- EL IMPULSO NERVIOSO
La neurona genera y propaga información nerviosa mediante cambios químicos que
se producen en la membrana neuronal.
Decimos que la transmisión del impulso nervioso es electroquímica (no eléctrica)
porque el impulso nervioso se genera por un flujo de iones a través de la membrana
de la neurona.
Las neuronas receptoras transforman energía luminosa, térmica etc en impulsos
nerviosos.
El interior de la neurona posee una carga eléctrica negativa con respecto al
exterior (cargado positivamente por concentración de iones Na + mayor que en el
interior). En el interior existe una concentración de iones potasio (K+) mayor que
en el exterior. Hay una diferencia de potencial entre el exterior (+) y el interior (-
) por ello la membrana está polarizada, ya que separa dos medios con diferente
carga eléctrica.
La neurona puede estar en reposo con una diferencia de potencial de unos -70 mV
en el interior negativo con respecto al exterior. Este valor es el potencial en
reposo.
Al llegar el estímulo se modifica la permeabilidad de la membrana a los iones sodio
(Na +) que entran en la célula produciendo un cambio de potencial que hace positiva
la carga del interior con respecto al exterior (-). Este es el potencial de acción.
Este fenómeno que se produce en un punto de la membrana neuronal se propaga
linealmente en un solo sentido hacia los puntos vecinos.
Inmediatamente después de producido este fenómeno el punto de la membrana
afectado recupera su potencial de reposo anterior a la recepción del estímulo
mediante un intenso transporte activo (con consumo de energía) de sodio hacia el
exterior y de potasio hacia el interior. Este proceso se llama bomba de sodiopotasio.
Así se transmite el impulso nervioso en una célula amielínica, sin cubierta
protectora y aislante de mielina. En los axones mielinizados o fibras mielínicas la
mielina actúa como aislante no permitiendo el paso de iones a su través. Sin
embargo el aislamiento no es total ya que la cubierta de mielina se estrangula a
intervalos en los nódulos de Ranvier, de forma que la transmisión del impulso
nervioso no se realiza linealmente sino a saltos, de nódulo a nódulo evitando las
áreas aislantes de mielina. Es la propagación saltatoria, mucho más rápida que en
las fibras con mielina.
5.- LA SINAPSIS
En muchos casos las vías nerviosas que van del receptor al centro nervioso y de
este al efector están formadas por más de una neurona. Dado que no existe
contacto físico entre las neuronas de los mamíferos, la sinapsis es la unión
especializada entre dos neuronas en la que participan moléculas especializadas
llamadas neurotransmisores. La hendidura sináptica es el espacio que separa las
dos neuronas sinápticas. La sinapsis comunica el axón de la neurona presináptica
con una dendrita de la neurona postsináptica o su cuerpo neuronal.
El axón de la neurona presináptica presenta en sus terminales ramificados unos
engrosamientos que forman los botones sinápticos en cuyo interior están las
vesículas sinápticas cargadas de neurotransmisores. El potencial de acción del
impulso nervioso provoca la apertura de las vesículas sinápticas liberando los
neurotransmisores a la hendidura sináptica llegando hasta la neurona postsináptica
y combinándolo con unos receptores específicos de membrana que provocan la
despolarización de la neurona postsináptica, el potencial de acción y la propagación
del impulso.
Una vez terminada su misión, los neurotransmisores se separan de los receptores
de membrana y quedan libres en la hendidura donde pueden ser destruidos o
captados por la membrana de la neurona presináptica para volver a usarlos. Como
solo hay neurotransmisores en la neurona presináptica, la sinapsis es en un solo
sentido. Los principales neurotransmisores son la acetilcolina, la noradrenalina o
norepinefrina, la serotonina y la dopamina.
La sinapsis se realiza no solo entre neuronas sino también entre neuronas y fibra
muscular o una célula de una glándula. La sinapsis es más lenta que el impulso a lo
largo del axón lo que provoca el retardo sináptico.
El neurotransmisor puede actuar como excitador (como hemos visto) o como
inhibidor si frena la excitación de la neurona postsináptica dificultando o
impidiendo la propagación del impulso nervioso. Hay sustancias que no siendo
neurotransmisores excitan o inhiben la actividad sináptica. Son excitadores la
cafeína, nicotina, anfetaminas mientras que determinados tranquilizantes bloquean
los receptores de los neurotransmisores.
Cada axón puede contactar con muchas neuronas.
6.- ORGANIZACIÓN DEL SISTEMA NERVIOSO
SISTEMA NERVIOSO CENTRAL: encéfalo y médula espinal
SISTEMA NERVIOSO PERIFÉRICO:
NERVIOS SENSORIALES: de los órganos al SNC
NERVIOS MOTORES: del SNC a los músculos y glándulas
* sistema nervioso somático: estimula los músculos esqueléticos
* sistema nervioso autónomo o vegetativo: musculatura lisa, miocardio, glándulas
.
simpático
parasimpático
7.- EL SISTEMA NERVIOSO CENTRAL
Formado por el encéfalo, alojado y protegido por los huesos del cráneo, y la médula
espinal, conexión entre el encéfalo y el resto del cuerpo alojada en el interior de la
columna vertebral.
En el SNC los cuerpos o soma de las neuronas, forman la sustancia gris y los
axones y dendritas la sustancia blanca. En el encéfalo la sustancia gris forma la
corteza cerebral y la del cerebelo. En la médula la sustancia gris se encuentra en el
interior, rodeada por la sustancia blanca.
Encéfalo y médula están rodeados por las meninges (duramadre, aracnoides y
piamadre) entre las que se encuentra el líquido cefalorraquídeo.
La masa encefálica forma el cerebro que se divide en dos hemisferios separados por
una hendidura, el cerebelo y el bulbo raquídeo.
La corteza cerebral formada por sustancia gris no es lisa sino que presenta
numerosas circunvoluciones que permiten un aumento de la masa cerebral sin
necesitar gran aumento de tamaño. En la corteza cerebral y separados por fisuras
hay cuatro lóbulos: frontal, parietal, temporal y occipital. En la corteza se recibe
información sensorial y se integran y elaboran respuestas voluntarias.
El cerebelo está en la parte posterior del cerebro, es bilobulado, coordina la
actividad muscular esquelética (movimiento, equilibrio y postura erecta). Recoge
analiza y selecciona los impulsos motores que llegan al encéfalo elaborando
respuestas.
El bulbo raquídeo conecta el encéfalo a la médula espinal, responsable del ritmo
cardíaco, la respiración o la presión sanguínea. La tos, el vómito y otras respuestas
vegetativas
En la masa cerebral se encuentran órganos como el hipotálamo, tálamo e hipófisis.
8.- EL SISTEMA NERVIOSO PERIFÉRICO
Está formado por neuronas cuyos axones se prolongan fuera del SNC para ir hacia
los tejidos y los órganos; es decir, formado por la masa neuronal cuyos axones
salen del SNC.
Los nervios craneales son los que conectan directamente el cerebro como los
olfativos, ópticos y trigéminos. Tenemos 12 pares de nervios craneales. Los nervios
raquídeos son los que llegan o parten de la médula espinal. Tenemos 31 pares de
nervios raquídeos.
En los pares de nervios craneales y raquídeos hay fibras sensitivas y motoras.
El sistema nervioso periférico forma el sistema nervioso somático y el autónomo o
vegetativo. Las vías motoras del sistema nervioso son somáticas o autónomas.
El sistema nervioso somático está formado por neuronas motoras cuyos axones van
sin interrupción desde la médula, donde están sus cuerpos neuronales, hasta los
efectores. Es responsable de las acciones voluntarias.
El sistema nervioso autónomo o vegetativo está formado por neuronas motoras que
controlan glándulas, miocardio, y la musculatura lisa que tapiza la pared de los
vasos sanguíneos, y los conductos del aparato digestivo, excretor, respiratorio y
reproductor. Funciona normalmente de forma involuntaria. La vía nerviosa
vegetativa incluye siempre dos neuronas en serie: la primera con el soma en el SNC
y su axón sale bien por un nervio craneal o por uno espinal. La segunda neurona
tiene su soma fuera del SNC en unos engrosamientos llamados ganglios vegetativos
y el axón de esta segunda neurona postganglionar sale hasta los órganos efectores.
El sistema nervioso autónomo se divide en simpático y parasimpático. Los axones
del simpático salen de la región torácica y lumbar y sus ganglios vegetativos están
cerca del SNC.
Los axones del parasimpático salen de la región craneal y sacra de la médula
espinal y sus ganglios vegetativos están cerca o dentro del órgano efector que
inervan.
La mayoría de los órganos tienen axones simpáticos y parasimpáticos con funciones
contrarias. El sistema simpático está relacionado con la preparación del cuerpo
ante sensación de peligro (acelerar ritmo cardiaco, respiración...) y el
parasimpático con la relajación (ralentiza el ritmo, estimula la secreción salivar y
digestión en el estómago...)
TEMA 10 ECOLOGÍA
1.- EL MEDIO AMBIENTE
El medio ambiente es el marco de naturaleza físico-química en el que tiene lugar la
vida en la naturaleza.
En el medio ambiente existen factores de tipo físico (grado de humedad, radiación
solar, temperatura, viento, tipo de suelo etc.) y químico (cantidad de oxígeno, agua,
dióxido de carbono y otros compuestos de carbono, nitrógeno, fósforo etc.).
La temperatura es un factor ambiental físico de gran importancia, el desarrollo de
las reacciones químicas que implica la vida es posible dentro de unos márgenes de
temperatura. Una temperatura por encima de 50ºC desnaturaliza las proteínas y un
descenso acusado de la temperatura provoca la congelación del agua que es muy
abundante en las células.
Las variaciones de temperatura por altitud, latitud, la diferencia de temperatura
diurna y nocturna, determinan la distribución de las formas vivas en los distintos
medios (la hoja perenne o caduca tiene mucho que ver con la temperatura).
El tipo de suelo también determina diferentes formas de vida. Los suelos pueden ser
diferentes por su estructura (porosos, arenosos, sueltos, ligeros, compactos...) o
por su composición química (calizos, arcillosos, silíceos...). Por ejemplo sobre un
suelo exclusivamente rocoso solo pueden vivir los líquenes; estos con su actividad,
formarán lentamente una ligera capa de suelo.
El agua es un factor ecológico de gran importancia, para ello basta fijarse en las
diferencias entre los seres acuáticos y los aeroterrestres.
2.- POBLACIÓN BIOLÓGICA
Es el conjunto de individuos de una misma especie que viven en un espacio o área
natural (por ej. La cantidad de conejos de un pastizal de un lugar geográfico).
La población biológica fluctúa en función de los nacimientos y muertes,
emigraciones e inmigraciones.
La densidad de población es el número de individuos por unidad de superficie.
El crecimiento ilimitado de una población no es posible. Con un aumento acelerado,
faltará alimento y habrá muertes o emigraciones. De esta manera la densidad de
población tiende a equilibrarse.
Biología
La mayoría de las poblaciones presentan en sus primeros momentos una curva
sigmoidea (crecimiento lento inicial seguido de un crecimiento muy acelerado hasta
llegar al máximo) a partir del máximo, algunas poblaciones se equilibran (a) otras
descienden paulatinamente (b) y otras descienden bruscamente debido a una gran
movilidad que ocurre con algunas especies de las que desaparecen al llegar el frío
dando una curva de crecimiento J
3.- COMUNIDAD BIOLÓGICA
Es el conjunto de poblaciones biológicas que ocupan un área determinada. Este
territorio o área se llama hábitat. Así, el ecosistema es el conjunto formado por
una comunidad biológica y su hábitat. Entendemos hábitat como el medio ambiente
físico y químico en el que vive la comunidad.
El tamaño de los ecosistemas varía desde una pequeña charca hasta un desierto
africano.
El ecosistema está formado por un conjunto de individuos de diferentes especies
que mantienen relación de mutua dependencia entre ellos y con su hábitat del que
obtienen elementos para vivir y energía que es en casi todos los casos de origen
solar.
Por ejemplo en el caso de un ecosistema formado por una charca los elementos
serían los diferentes organismos vivos desde microorganismos hasta vegetales y
animales, también el suelo, la masa de agua con sus diferentes nutrientes y el sol
como fuente de energía.
4.- FLUJO DE ENERGÍA DE UN ECOSISTEMA
La fuente de energía en un ecosistema es la solar. Los organismos clorofílicos
utilizan energía solar para, a través de la fotosíntesis, sintetizar moléculas de
glúcidos. Así se transforma la energía del sol en energía química almacenada en los
enlaces de las moléculas de glucosa.
6H2O + 6CO2 = C6H12O6 + 6O2
Organismos productores son capaces de utilizar la energía solar para sintetizar
materia orgánica.
Las moléculas formadas por los productores en la fotosíntesis se transforman a
través de reacciones metabólicas en otras moléculas que forman la estructura
propia de dicho organismo. Por tanto son organismos autótrofos. En los
ecosistemas acuáticos, los organismos productores (autótrofos) son organismos
fotosintéticos microscópicos que constituyen el fitoplancton de la superficie del
agua.
Los organismos productores son el alimento de otros organismos del ecosistema.
La ruptura de enlaces químicos de glucosa libera energía que se almacena en las
moléculas de ATP. Estos organismos heterótrofos que consumen productores son
los organismos consumidores.
Los consumidores primarios se alimentan directamente de los productores
(herbívoros), los consumidores secundarios se alimentan de los primarios
(carnívoros). El consumidor terciario consume otros consumidores (carnívoro de
carnívoros).
Vemos que en un ecosistema el flujo de energía es unidireccional y nunca cíclico. El
flujo de energía hace que la energía transferida sea cada vez menor.
Además de productores y consumidores están los descomponedores, son
heterótrofos que desintegran de forma química los restos de animales y vegetales
muertos.
5.- CICLO DE MATERIA EN UN ECOSISTEMA
Los materiales nutritivos se requieren para las funciones de crecimiento,
desarrollo y mantenimiento de las estructuras celulares.
La materia sigue un camino cíclico de productores a consumidores y de ahí a
descomponedores que cierran el ciclo devolviendo al medio material inorgánica que
emplean los productores.
El recorrido de la materia en un ecosistema se hace a través de diferentes niveles
tróficos.
Gran parte de los componentes vegetales (celulosa, lignina, etc.) no son digeribles
para los consumidores por lo que esto se excreta y no pasa a formar parte de la
estructura del consumidor. Hay una pérdida de eficacia de un nivel trófico al
siguiente: no toda la materia que constituye al productor es incorporada al
consumidor. Se va produciendo una disminución de masa disponible en el ecosistema
de productores hasta los consumidores superiores. Si se representa la cantidad de
materia disponible en cada nivel trófico tendremos una pirámide, la pirámide
alimentaria.
La ley de Lindeman o del 10% establece que cada nivel trófico de la pirámide solo
aprovecha entre el 10 y el 15% de la presa para construir su estructura.
6.- CICLO HIDROLÓGICO
Gran parte del ciclo hidrológico se desarrolla sin el concurso de los seres vivos,
entre la atmósfera y la superficie terrestre por medio de la evaporaciónprecipitación.
Los vegetales absorben agua del suelo y la devuelven en forma de vapor por las
hojas a la atmósfera. Los animales ingieren agua con y durante la alimentación y la
devuelven en forma de orina, sudor o evaporación en la respiración.
7.- CICLO DEL CARBONO
El carbono forma parte de todas las moléculas orgánicas. El carbono está en el CO2
y disuelto en el agua. A través de la fotosíntesis se incorpora en forma de glúcidos
a la materia orgánica. De los productores pasa a los consumidores y a los
descomponedores. Estos últimos lo devuelven en forma de CO2. También en forma
de CO2 y por medio de la respiración vegetal o animal. Además las industrias y en
general la combustión genera CO2.
8.- CICLO DEL NITRÓGENO
Forma parte de las proteínas y ácidos nucleicos. En la atmósfera se encuentra en
forma de N2 no utilizable por la mayoría de los organismos.
Hay unos organismos fijadores de nitrógeno (algas y bacterias) que viven en el
suelo y absorben el nitrógeno del aire transformándolo en nitratos. Los nitratos si
son absorbidos y empleados como fuente de nitrógeno por los productores que
sintetizan sus propios compuestos nitrogenados. Los consumidores sintetizan sus
propias proteínas y ácidos nucleicos a partir de los compuestos nitrogenados
vegetales. Una parte del nitrógeno es absorbido por los animales y excretado.
Los descomponedores devuelven al medio los compuestos nitrogenados sobre los
que actúan otro grupo de bacterias obteniendo compuestos más sencillos como el
amonio NH4 +. Las bacterias nitrificantes transforman el amonio en nitritos y
nitratos que pueden ser aprovechados por los vegetales. Las bacterias
desnitrificantes actúan sobre los nitritos y nitratos liberando N2 a la atmósfera
TEMA 11 REPRODUCCIÓN
1.- INTRODUCCIÓN
Para que un organismo se reproduzca es necesaria también la reproducción o
división de sus componentes: células y también moléculas por tanto estudiaremos
la reproducción a nivel molecular, celular y de organismos.
2.- REPRODUCCIÓN A NIVEL MOLECULAR
Es la multiplicación de las moléculas dentro de la célula:
Agua, sales minerales y sustancias inorgánicas se forman en un proceso de
acumulación, es decir, son tomadas directamente de los nutrientes.
Hidratos de carbono, lípidos y aminoácidos se originan por síntesis enzimática a
partir de los nutrientes.
Las proteínas se originan por síntesis dependiente de los genes. El DNA y RNA
aportan la información del orden de los aminoácidos de la cadena.
La autoduplicación del ADN es la base de la reproducción celular y por tanto,
también del organismo.
3.- REPRODUCCIÓN A NIVEL CELULAR. EL CICLO CELULAR
El ciclo de la vida de una célula es análogo al de un ser vivo: nace, crece y se
reproduce. Veremos la reproducción de las células eucariotas y dado que no se
reproducen la mayoría de las células de un ser adulto, veremos la reproducción de
células sanguíneas, embrionarias, etc.
El ciclo celular comprende cuatro periodos: G1, S, G2 y mitosis.
El periodo G1 o primera fase de crecimiento se inicia con una célula hija que
proviene de la división de la célula madre. La célula aumenta de tamaño y se
sintetiza nuevo material citoplasmático: RNA y proteínas.
El periodo S es de síntesis es el que presencia la duplicación del DNA del núcleo de
la célula, al final de este periodo el núcleo contiene el doble de proteínas nucleares
y DNA.
El periodo G2 se siguen sintetizando proteínas, el final de este periodo marca el
inicio de la mitosis o división celular.
Estos tres periodos son llamados interfase y en ellos la célula observa una
actividad metabólica máxima, es cuando se duplican las moléculas vitales y se
sintetizan RNA y proteínas.
4.- LA MITOSIS
A fin de mantener la identidad del organismo, las células duplicadas son
exactamente iguales a la original. La mitosis o división celular asegura que el DNA
cromosómico es idéntico en las hijas a la célula madre.
La división celular tiene lugar de una manera continua pero para facilitar su estudio
se distinguen varias etapas: en la división del núcleo profase, metafase, anafase y
telofase; en la división del citoplasma la formación del tabique en los vegetales y la
estrangulación y formación de membrana en los animales.
PROFASE
En esta fase se hacen patentes los cromosomas. Cada cromosoma está compuesto
de dos filamentos visibles idénticos: las cromátidas, unidas por un
estrangulamiento, el centrómero. Cada cromátida es una larga cadena de DNA muy
condensada.
Se produce un acortamiento y engrosamiento del cromosoma debido a la
condensación de la cromatina. Al final de la profase desaparece el nucleolo y la
membrana nuclear, quedando los cromosomas libres en el citoplasma.
METAFASE
Se inicia con la aparición del huso (fibras paralelas a un eje). Los centrómeros se
insertan en las fibras del huso y se desplazan hasta el ecuador del huso formando la
placa metafásica o ecuatorial.
ANAFASE
El centrómero se divide y cada cromosoma se separa en sus dos cromátidas. Los
centrómeros emigran a lo largo de las fibras del huso arrastrando cada uno una
cromátida. En la anafase se realiza la distribución del material genético original.
TELOFASE
Los dos grupos de cromátidas, cada una en un polo, comienzan a descondensarse
haciéndose cada vez menos patentes. Se reconstruye la membrana nuclear
alrededor de cada grupo de cromosomas y se reorganiza el núcleo.
A continuación se divide el citoplasma. Se puede dividir de dos formas:
Por estrangulación tiene lugar en las células animales. La membrana se estrangula
hacia dentro hasta separarse
Por tabicación: en las células vegetales se forma un tabique desde dentro hacia
fuera dividiendo así en dos el citoplasma.
5.- SIGNIFICADO BIOLÓGICO DEL CICLO CELULAR
Con él se consigue la creación de células nuevas en el proceso de crecimiento de los
organismos. También es el procedimiento por el que se reemplazan células dañadas
o desgastadas.
Algunas células como las embrionarias, las bacterianas o las de la médula ósea
humana presentan tasas de división muy altas. Otras como las de los músculos o
neuronas tienen un ciclo lentísimo o no se produce tal ciclo. Hay un tercer grupo de
células que solo se reproducen si es necesario como las hepáticas en caso de una
extirpación de parte del hígado.
6.- NIVEL DE LOS ORGANISMOS. REPRODUCCIÓN ASEXUAL
El nuevo individuo se forma exclusivamente a expensas de un solo progenitor, que
produce copias idénticas de sí mismo.
Los organismos que se reproducen asexualmente lo hacen mediante mitosis, por
tanto los descendientes son genéticamente iguales al progenitor, son clones.
Este tipo de reproducción lo presentan organismos muy simples y poco
diferenciados morfológicamente (bacterias, amebas, hongos, algas, musgos,
helechos...). La variación genética en ellos solo es posible por mutación.
7.- LA REPRODUCCIÓN SEXUAL
El nuevo individuo se origina por la fecundación o fusión de dos células, cada una de
las cuales procede de un progenitor diferenciado sexualmente. Al fusionarse dos
células se origina una nueva: el huevo o cigoto cuyo núcleo contiene cromosomas de
los dos progenitores.
La fusión de los cromosomas paterno y materno origina descendencia diferenciada
entre sí y de los padres.
Las células que dan origen al cigoto son células especializadas: células sexuales o
gametos que se originan en los órganos sexuales.
En los organismos con reproducción sexual las células somáticas son las que
constituyen el organismo y las sexuales las únicas capaces de generar otro
organismo similar mediante reproducción sexual.
La reproducción sexual al compaginar dos gametos diferentes tiene la ventaja
adaptativa, es una de las causas principales de la adaptación evolutiva de las
especies.
8.- LA MEIOSIS
Para que una especie pueda mantener su número de cromosomas al juntarse dos
células sexuales, es necesario que se divida por dos su número de cromosomas
antes o después de la fecundación. La meiosis es el mecanismo que lleva a cabo esta
reducción.
La meiosis se lleva a cabo en células diploides (2n) obteniendo células haploides (n)
con la mitad de los juegos cromosómicos pero que cuenta con la información
completa de los rasgos estructurales y funcionales del organismo al que pertenece.
La meiosis se desarrolla en dos etapas que son dos divisiones celulares sucesivas
precedidas de una única interfase. Las dos divisiones consecutivas impiden la
duplicación de los cromosomas con lo que se obtienen cuatro gametos cada uno de
los cuales tiene en su núcleo la mitad de cromosomas que el núcleo de la célula
original.
En la célula existen dos juegos de material genético, uno paterno y otro materno.
I PROFASE MEIÓTICA: cada cromosoma se aparea con su homólogo formando una
tétrada (cuatro cromátidas y dos centrómeros). De esta forma las cromátidas no
hermanas (paterna y materna) pueden entrecruzarse y romperse en los puntos de
fusión dando lugar a una recombinación de segmentos cromatínicos y por lo tanto
de los genes.
I METAFASE MEIÓTICA: los cromosomas emigran hacia la placa metafásica pero en
lugar de situarse en el mismo plano como en la mitosis, lo hacen en dos planos
paralelos de forma que cada cromosoma tiene enfrente a su homólogo (tétrada).
I ANAFASE MEIÓTICA: la tétrada se rompe, un cromosoma emigra hacia un polo del
huso y su homólogo hacia el otro. Cuando los cromosomas llegan a sus polos ha
quedado un conjunto haploide de cromosomas.
I TELOFASE MITÓTICA: al final de la telofase se producen dos células cada una con
la mitad de cromosomas homólogos de la célula original pero teniendo en cuenta el
entrecruzamiento sufrido por la tétrada en la I profase cada célula es diferente
genéticamente a la otra.
Como resultado de la I división meiótica tenemos dos células hijas cada una con n
cromosomas
Inmediatamente se inicia la II división que tiene lugar como una mitosis normal.
En la II metafase meiótica los cromosomas (en número n) se alinean en un solo
plano dividiéndose en dos cromátidas durante la anafase.
Como resultado de la II división meiótica tenemos cuatro células hijas con un núcleo
de n cromátidas.
TEMA 12 LA REPRODUCCIÓN HUMANA
1.- ESPERMATOGÉNESIS
Tiene lugar en las gónadas masculinas o testículos, cuyas células se llaman
espermatogonias.
Las espermatogonias se multiplican activamente por sucesivas divisiones mitóticas,
llega un momento en que las espermatogonias sufren un aumento de volumen
transformándose en los espermatocitos de primer orden, los cuales sufren
rápidamente una reducción cromosómica a través de meiosis dando origen a cuatro
células haploides, las espermátidas que con un cambio profundo de estructura se
transforman en espermatozoides.
El proceso espermatogonia - espermatocitos - espermátides - espermatozoide dura
8-9 semanas.
El núcleo haploide de la espermátida se desplaza hacia un extremo guardándose en
una cabeza ovalada. En su parte anterior se sitúa una gran vacuola, el acrosoma,
que se ha formado a expensas del aparato de golgi y que contiene gran cantidad de
sustancias (polisacáridos y enzimas hidrolizadas) cuya misión es disolver la
membrana del óvulo.
A la cabeza le sigue una sección media con gran número de mitocondrias que
proporcionan la energía por el movimiento del espermatozoide. Por último, la cola
es un flagelo locomotor.
2.- OVOGÉNESIS
Tiene lugar en las gónadas femeninas u ovarios. Los ovocitos de primer orden se
empiezan a formar en el feto de manera que cuando nace la mujer ya contiene
todos los ovocitos de primer orden que se irán desarrollando en su vida fértil.
Los ovocitos de primer orden son células diploides que permanecen así hasta la
pubertad. Entonces la influencia de las hormonas sexuales femeninas provoca el
inicio de la división meiótica.
La primera división meiótica del ovocito de primer orden produce una célula
pequeña (el primer corpúsculo polar, que degenera pronto) y otra más grande: el
ovocito de segundo orden que acumula sustancias de reserva.
La ovulación es el momento en el que el ovocito de segundo orden sale del ovario.
La segunda división meiótica se produce sobre el ovocito de segundo orden en el
momento de la fecundación dando lugar a un óvulo y un segundo corpúsculo polar.
El resultado final de la meiosis es un único óvulo haploide debido a la degeneración
de los corpúsculos polares.
La movilidad del espermatozoide es debida a su forma mientras el óvulo tiene
muchas sustancias de reserva y ribosomas necesarios para el crecimiento del feto.
3.- EL APARATO REPRODUCTOR MASCULINO
Es externo y tiene partes comunes con el aparato urinario. Presenta dos gónadas
masculinas o testículos rodeados de una bolsa externa, el escroto. Los testículos
desarrollan la espermatogénesis.
Tiene una serie de glándulas anejas que producen líquidos que sumados a los
espermatozoides constituyen el semen:
Vesículas seminales: segregan un líquido con gran cantidad de fructosa y
prostaglandinas. El metabolismo de la fructosa dará la energía para moverse los
espermatozoides. Las prostaglandinas estimulan el tejido muscular del aparato
reproductor femenino para facilitar el recorrido del espermatozoide.
Próstata: produce un líquido de pH alcalino que contrasta el ácido del aparato
reproductor femenino
Glándulas bulbo-uretrales: producen líquido lubricante que ayuda a salir el semen
por la uretra.
Los conductos seminales sirven de conexión entre pene y testículos:
epidídimo: es un tubo largo replegado sobre el testículo que recoge los
espermatozoides.
Conducto deferente: rodea la vejiga y conecta las vesículas seminales. Los dos
conductos seminales entran en la próstata y salen unidos por la uretra.
Uretra: tubo largo que recorre el pene y sirve para expulsar la orina y el semen.
El pene es el órgano copulatorio cuya función es colocar los espermatozoides en el
interior del aparato reproductor femenino. El pene está formado por tres cuerpos
cilíndricos de tejido esponjoso y eréctil.
4.- LAS HORMONAS MASCULINAS
El conjunto de todas las hormonas masculinas sexuales se denomina andrógenos.
La hormona más importante es la testosterona, responsable de la producción de
espermatozoides y estimular los caracteres sexuales secundarios (voz, crecimiento
muscular, pelo...).
Para la producción de testosterona actúan dos hormonas trópicas de la hipófisis: la
LH y la FSH que a su vez son estimuladas desde el hipotálamo por la GnRH (factor de
liberación hormonal de la gonadotropina).
La hormona luteinizante LH llega a través de la sangre a los testículos donde
estimula la producción de testosterona. A medida que la concentración en sangre de
testosterona aumenta, disminuye la producción de LH en la hipófisis
(retroalimentación negativa).
La FSH u hormona folículo estimulante actúa sobre las células de serotonina o
células nodrizas del testículo, potenciando el desarrollo de los espermatozoides.
5.- APARATO REPRODUCTOR FEMENINO
Es interno e independiente del aparato urinario. Tiene dos ovarios que producen los
gametos femeninos u óvulos.
Las vías genitales conectan el ovario con el exterior:
Trompas de falopio: conectan cada uno de los ovarios con el útero. En este conducto
tiene lugar la fecundación
Matriz o útero: de tejido muscular, hueco, con forma de pera invertida; situado
encima de la vejiga en él se desarrolla el feto. La pared interna o endometrio
presenta dos capas, la más externa se expulsa con la menstruación y la interna
regenera la que ha sido expulsada. Su parte inferior, cérvix o cuello del útero, está
formada por un músculo circular que da paso a la vagina
vagina: conducto muscular de 8-10 cm de longitud que sirve de órgano de copulación
y de canal de nacimiento.
Vulva formada por los labios mayores de tejido adiposo, los labios menores que
recubren el clítoris lleno de terminaciones nerviosas
6.- LAS HORMONAS FEMENINAS
Son los estrógenos y progesteronas y las hormonas trópicas de la hipófisis LH y
FSH.
Los ovocitos de primer orden se desarrollan rodeados de unas células especializadas
formando el folículo ovárico. Las células que rodean al ovocito de primer orden
aportan nutrientes y segregan estrógenos.
Los estrógenos provocan el crecimiento del folículo ovárico y son responsables de
los caracteres sexuales secundarios.
Cuando el folículo ovárico ha terminado de crecer se acerca a la pared del ovario
donde expulsa al ovocito de segundo orden (ovulación). El resto de las células del
folículo forman el cuerpo lúteo que a partir de ese momento segrega estrógenos y
progesterona.
La progesterona prepara al útero para recibir al óvulo fecundado o cigoto y
estimula el crecimiento del útero para la gestación.
7.- EL CICLO MENSTRUAL
A lo largo del ciclo varía la concentración de hormonas y suceden cambios en el
ovario y los tejidos del útero (endometrio).
De la hormona hipotalámica GnRH (hormona liberadora de gonadotropinas) se
recibe una señal en la hipófisis que genera las gonadotropinas LH y FSH que actúan
en la producción de estrógenos y progesterona.
En el primer día de menstruación los niveles de hormonas son bajos. A los trescinco días las hormonas LH y FSH estimulan la maduración del folículo ovárico que
comienza a segregar estrógenos. Estos estrógenos propician la regeneración del
endometrio para que, en caso de fecundación, el cigoto se pueda implantar en él.
Antes de llegar a mitad del ciclo 11-13 días, se produce un aumento brusco de la
concentración de estrógenos que provoca una subida instantánea de la producción
de LH por la hipófisis y como consecuencia se produce la ovulación (expulsión del
ovocito de 2º orden del folículo)
En el ovario el folículo sin ovocito crece hasta convertirse en el cuerpo lúteo que
segrega estrógenos y progesterona. Cuando el nivel de estas hormonas es alto se
inhibe la producción en el hipotálamo de GnRH y consecuentemente de las LH y FSH
hipofisiarias.
Si no ha habido fecundación el cuerpo lúteo degenera y se reabsorbe. El endometrio,
falto de hormonas y nutrientes, se destruye expulsando al exterior junto con el
flujo menstrual.
En ese momento la escasa concentración de estrógenos y progesterona provoca un
aumento de la concentración de LH y FSH iniciándose un nuevo ciclo.
En el caso de haberse producido la fecundación (normalmente en las trompas de
falopio), el embrión se implanta en el endometrio a los 6-7 días de la fecundación y
produce una hormona, la gonadotropina coriónica que estimula al cuerpo lúteo a
seguir produciendo los estrógenos y progesterona lo que evitará la menstruación.
8.- TÉCNICAS DE REPRODUCCIÓN
FECUNDACIÓN IN VITRO
La fecundación se lleva a cabo fuera del aparato reproductor femenino. Se estimula
por medio de hormonas la producción de ovocitos en el ovario. Estos se extraen por
un laparoscópio. Una vez extraídos se colocan en la caja de petri con sustancias
nutritivas y espermatozoides. Una vez fecundados, los cigotos se pasan a distintas
cajas de petri con sustancias nutritivas. Cuando ya hay un conjunto de células, el
blastocisto, se inserta en el útero donde queda adherido al endometrio. Son los
llamados niños probeta.
INSEMINACIÓN ARTIFICIAL
Muy utilizado en ganadería aprovechando la propiedad de los espermatozoides de
poder congelar sin perderse al descongelar su capacidad fecundadora.
CLONACIÓN
1º se extrae de la oveja A una célula mamaria
2º se extrae de la oveja B un ovocito quitándole el núcleo y con ello su información
genética.
3º se introduce el núcleo de la célula A en el ovocito de la B
4º una vez formados se inicia la división celular
5º se implanta en el útero de una tercera oveja C
El resultado es una oveja genéticamente igual a A. Esta técnica favorece la
clonación de animales transgénicos que tienen un gen introducido para resistencia
a virus, producir insulina, etc.
También se puede estudiar el grado de influencia del medio en la expresión de los
genes.
TEMA 13 GENÉTICA MENDELIANA
1.- INTRODUCCIÓN
Mendel realizó sus experimentos con plantas de la familia de las papilionáceas
(leguminosas). Estas plantas por la disposición de sus flores suelen
autofecundarse. Para fecundar dos plantas diferentes de guisantes debemos hacer
una hibridación.
Eligió guisantes porque:
Existen variedades dentro de la misma especie de caracteres constantes de fácil y
seguro reconocimiento.
La estructura de sus flores hace que sea muy difícil la fecundación por polen
externo.
Son plantas de fácil cultivo y corto periodo de desarrollo vegetativo
Con características hereditarias bien definidas, había muchas variedades
comercializadas.
En cada experimento prestaba atención a un único rasgo de las plantas. Seleccionó
además razas puras (aquellas que por autofecundación producían descendientes
iguales a sus progenitores)
2.- PRIMER EXPERIMENTO. PRIMERA LEY DE MENDEL
Al cruzar ejemplares de flores blancas con violeta los descendientes eran todos
iguales: violeta.
Su primera conclusión tras tomar muestras con otros seis caracteres fue: los
descendientes híbridos de la primera generación se parecen en exclusividad a uno de
los padres y no al otro.
En esta primera generación F1 hay un rasgo dominante y otro recesivo, que nunca
aparece.
El carácter dominante se designa con letra mayúscula (violeta V) y el recesivo con
minúscula (blanco v).
Los individuos híbridos o heterocigóticos tienen dos factores diferentes (Vv) y los
de raza pura u homocigóticos los dos iguales (VV o vv).
El fenotipo es el conjunto de caracteres que la planta manifiesta (V en Vv, VV y v
en vv), lo que vemos, el genotipo es la constitución real del individuo (VV, Vv o vv).
3.- SEGUNDO EXPERIMENTO. SEGUNDA LEY DE MENDEL
Mendel dejó que las flores obtenidas en F1 (Vv) se reprodujeran por
autofecundación. En la generación F2 volvían a salir flores blancas a razón del 25%
aproximadamente.
El carácter dominante observado (fenotipo) de F2 podía ser el homocigótico (VV
vv) o el heterocigótico (Vv vV).
En F3 por autofecundación observó que las de raza pura pasaban sin variación el
carácter a su descendencia mientras que las heterocigóticas volvían a repetir el
porcentaje anterior (25% de vv).
La proporción de genotipos en n generaciones sería 2n-1(VV): 2(Vv): 2n-1(vv) al
cruzar dos genotipos Vv. Con esto vemos que el híbrido heterocigótico no llega a
desaparecer si bien en cada generación aumentan las formas de raza pura.
Cuando en animales queremos averiguar si un individuo con fenotipo dominante es
híbrido o de raza pura lo cruzamos con un individuo homocigótico recesivo y si el
individuo del problema es homocigótico toda su descendencia manifestará el
fenotipo dominante y será igual (1ª ley de Mendel). Si el individuo es heterocigótico
aparecerá en la descendencia el carácter recesivo en un 50%.
4.- TERCER EXPERIMENTO, Y TERCERA LEY DE MENDEL
Al considerar la herencia en dos caracteres (cruzamiento dihíbrido) observó que la
1ª generación tras dos individuos de raza pura seguía siendo del 100% de individuos
manifestando el genotipo dominante.
El fenotipo para un solo carácter de la siguiente generación sigue siendo 3:1 a favor
del dominante (2ª ley).
Al analizar las dos variables (semilla lisa/rugosa L/l; semilla amarilla/verde A/a)
confirmó que la herencia de los caracteres era independiente. La probabilidad de
que un individuo herede determinado carácter es independiente de que herede
cualquier otro.
Para saber la probabilidad de heredar dos caracteres basta con multiplicar las
probabilidades de ambos independientemente.
Por ejemplo en (Ll, Aa) x (Ll, Aa) la probabilidad de que una semilla sea verde y lisa
es 1/4 x 3/4 = 3/16 (probabilidad verde aa x probabilidad lisa LL o Ll)
5.- DOMINANCIA INCOMPLETA
Hay genes en que el heterocigoto tiene un fenotipo diferente al del homocigótico
dominante (Y no es igual fenotipo que LL). Por ejemplo:
Homocigótica de flores rojas (RR) homocigótica de flores blancas (BB) en la F1 el
genotipo BR no daría flores blancas ni rojas sino rosas. Estos casos se llaman de
herencia intermedia o codominancia
6.- LOS GENES LIGADOS
Los cromosomas tienen en sí varios genes. Los genes que están en el mismo
cromosoma se llaman ligados.
En AABB x aabb la primera generación sería AaBb. La segunda que debería tener los
fenotipos AB 9 ; Ab 3; aB 3; ab 1 muestra los fenotipos AB 3; ab 1. En este caso los
gametos llevarían juntos los genes AB o ab y en la meiosis permanecerán juntos.
7.- ENTRECRUZAMIENTO
En la meiosis los genes se entrecruzan con lo que se produce un amplio número de
variaciones genéticas.
Cuanto mayor sea la distancia que separa a los genes, mayor será la probabilidad de
que se entrecruzan (directamente proporcional).
Los genes de un cromosoma están ordenados linealmente.
TEMA 14 GENÉTICA HUMANA
1.- DETERMINACIÓN DEL SEXO
En todas las células de un individuo, excepto en los gametos, existen dos series de
cromosomas que forman parejas homólogas. Al agrupar estas parejas de homólogos
existe un par diferente según sea la célula de macho o de hembra.
Estos dos cromosomas son los cromosomas sexuales y el resto que son iguales en
tamaño y forma para ambos sexos son los autosomas. La representación gráfica de
todos los cromosomas, tamaño, número, forma el cariotipo.
El macho lleva el par de cromosomas sexuales XY y la hembra el XX. La feminidad
está en los genes del cromosoma X y la masculinidad está determinada por los
genes del cromosoma Y. El efecto masculinizante del cromosoma Y es mayor que el
efecto feminizante del cromosoma X.
Las células somáticas de un individuo humano contiene 22 pares de cromosomas y
un par XY en caso de hombre o XX en caso de mujer.
La mujer produce un óvulo con 22 autosomas y un cromosoma sexual X y los
varones tienen sus espermatozoides repartidos al 50% de 22 autosomas + X y 22
autosomas + Y.
2.- GENES LIGADOS AL SEXO
Son los que se encuentran localizados en los cromosomas sexuales y los caracteres
que producen son caracteres ligados al sexo.
Morgan identificó en 1910 los primeros genes ligados al sexo. Los genes para el
color de ojos de la mosca Drosophila.
Van ligados al cromosoma X de tal forma que si lleva el alelo recesivo se
manifestará en el varón XrY pero no en la mujer XrXR.
La hemofilia es una conocida enfermedad de herencia ligada al sexo (dificultad de
coagulación de la sangre). El factor para hacer proteínas coagulantes H; el factor
hemofílico que no las hace. De una mujer XHXh normal pero portadora, el varón
que herede el gen Xh será XhY con lo que manifestará la enfermedad y sus hijas
XHXh serán portadoras.
Otra anomalía ligada al cromosoma X es el daltonismo.
3.- GENES LETALES
Son genes que producen la muerte de los individuos que los tienen en homocigosis
generalmente en las primeras etapas del desarrollo.
El gen dominante es el que codifica la proteína funcional, el gen recesivo no se
expresa. En los individuos heterocigóticos el gen dominante se expresa y el
recesivo no. En los individuos homocigóticos recesivos no se forma ninguna
proteína funcional que produce el rasgo normal que estudiamos. Por ejemplo, los
albinos tienen ausencia de pigmento.
Si la proteína que debe producir es esencial para la vida, el organismo que no la
produce muere; al gen defectuoso que desencadena esta reacción se le denomina
gen letal.
En este caso la ley de Mendel no se cumple puesto que ¼ de los individuos no son
viables. Al cruce de Mm x Mm tendríamos: 1 MM y 2 Mm portadores del gen letal. El
4º, mm moriría luego tendríamos 1/3 normal y 2/3 portadores.
Los genes letales dominantes M producen sus efectos incluso en condición
heterocigótica Mm, en este caso desaparecen con el mismo individuo portador de
estos genes que no pueden llegar a transmitirse.
Los genes letales recesivos en heterocigosis pueden mantenerse sin provocar
graves daños y sin poder ser detectados por ser enmascarados por el alelo normal.
El ser humano tiene entre 30 y 40 de estos genes en heterocigosis.
Si el alelo normal M no produce suficiente proteína como para enmascarar al
recesivo m, el gen M presenta una dominancia incompleta y el fenotipo Mm es
diferente al MM. La braquifalangia presenta esta caso Bb donde el gen letal b
recesivo tiene al alelo normal B con dominancia incompleta y su fenotipo difiere
del BB al presentar dedos cortos de dos falanges en vez de tres. Este gen letal en
homocigosis bb ocasiona graves trastornos de huesos de tal forma que los
individuos mueren en la infancia.
Hay genes dominantes con efecto letal recesivo. Por ejemplo ratones amarillos con
negros (ALa x aa) obtendremos un 50% (1:1) de amarillos y de negros. Si cruzamos
amarillos heterocigóticos (ALa x ALa) la proporción según la ley de mendel sería de
3:1 pero es de 2:1 puesto que el ratón con genotipo ALAL manifiesta el efecto letal
y muere antes de nacer.
4.- DEFICIENCIAS METABÓLICAS HEREDABLES
Hay enfermedades hereditarias en los humanos que influyen directamente sobre el
metabolismo.
LA FENILCETONURIA los individuos normales presentan genotipo AA o Aa. El gen A
codifica una enzima, la fenilalanina hidrolasa que cataliza la conversión del
aminoácido fenilalanina en tirosina. Los niños con genotipo aa acumulan
fenilalanina los que dará lugar a un desequilibrio metabólico que daña el cerebro
produciendo un retraso mental.
EL ALBINISMO: determinado por un par de genes cuyo alelo recesivo en homocigosis
no producirá la enzima que convierte la tirosina en melanina.
6.- ALELOS MÚLTIPLES: LOS GRUPOS SANGUÍNEOS
Los genes que afectan a un mismo carácter se encuentran en sitios equivalentes
del par de cromosomas homólogos, recibiendo el nombre de alelos. Por ejemplo, el
gen para los ojos rojos R y blancos r son alelos. Hasta ahora hemos visto genes que
solo tienen dos formas de expresarse (R, r).
En los grupos sanguíneos humanos los alelos son los codominantes A,B y el recesivo
O. A y B codifican cada uno una proteína específica que se localiza en la superficie
de los hematíes (el antígeno A y el antígeno B). O no produce ningún antígeno.
Como las personas solo tenemos un par de alelos por solo disponer de dos
cromosomas homólogos los genotipos sanguíneos serán:
AA y AO para grupo sanguíneo A; BB y NO para grupo sanguíneo B; AB para grupo
sanguíneo AB y OO para grupo sanguíneo O.
7.- INTERACCIONES ENTRE GENES O CARACTERES POLIGÉNICOS
Hay caracteres como el color de la piel que están regidos por varios genes. La
melanina es producida por varios pares de alelos. También son caracteres
poligénicos la estatura, complexión física, inteligencia etc.
8.- INTERACCIONES DE LOS GENES CON EL MEDIO AMBIENTE
El medio ambiente también influye sobre los genes. El sexo del gusano marino
Bonellia queda determinado en función de la concentración de CO2.
No todas las influencias del medio son tan drásticas pero por ejemplo si un niño no
toma la dieta adecuada no podrá crecer tanto como le permiten sus genes.
9.- MUTACIONES
Una mutación es un cambio heredable en el material genético de una célula.
Las mutaciones se originan al azar, por causas inciertas, aunque se conocen
agentes externos mutágenos como las radiaciones ambientales (elementos
radioactivos, rayos cósmicos etc.), temperatura y sustancias químicas (gas
mostaza, peróxidos...).
Una mutación en una célula somática puede provocar alteraciones pero desaparece
cuando muere el individuo que la sufre. Sin embargo, las mutaciones en células
sexuales pueden transmitirse como rasgos genéticos a los descendientes.
10.- TIPOS DE MUTACIONES
CAMBIOS EN LA ESTRUCTURA DEL CROMOSOMA
- deleción: pérdida de un trozo de cromosoma
duplicación: repite un trozo de cromosoma
inversión: a la ruptura de un cromosoma en la meiosis le sucede la soldadura de ese
mismo cromosoma pero invertido
translocación: cuando dos cromosomas se rompen y se vuelven a unir se traslada a
un trozo de cromosoma no homólogo.
CAMBIOS EN EL NÚMERO DE CROMOSOMAS
Hay individuos que presentan un número de cromosomas distinto al de su especie.
Suele ser el resultado de una separación anormal de cromosomas en la meiosis. Un
gameto normal diploide (2n) con un gameto normal haploide (n) nos daría un
individuo triploide (3n). O tetraploide (4n) (8n) etc.
Estos poliploides en las plantas tienen mayor tamaño que las plantas diploides y
han servido para obtener mayor productividad.
Una trisomía ocurre en un individuo con un cromosoma triplicado. El síndrome de
Down (individuos con 47 cromosomas triplicado en el 21) o el síndrome de
Klinefelter (3 cromosomas sexuales XXY).
MUTACIONES GÉNICAS
Son las más importantes desde el punto de vista evolutivo. Surgen cuando al
duplicarse el ADN se duplica. Las mutaciones que tienen un efecto dominante sobre
el alelo mutado son las únicas detectables en el fenotipo. Las mutaciones recesivas
permanecerán enmascaradas en heterocigosis. La mayoría de los genes mutados
son desfavorables.
TEMA 15 EVOLUCIÓN
1.- TEORÍA DE LAMARCK
Jean Baptiste Lamarck propuso una teoría basada en que el uso de las partes del
cuerpo hace que se desarrollen y su desuso que se atrofien. Además sostenía que
estos cambios son heredables.
Esta teoría tiene su error en considerar que las características que desarrollaban
por el uso se transmiten pues hoy sabemos que lo único que se transmite es la
información genética que figura en el DNA.
2.- DARWIN. LA TEORÍA DE LA SELECCIÓN NATURAL
Charles Darwin publicó en 1859 su libro “sobre el origen de las especies mediante la
selección natural” junto con Alfred Rusell Wallance.
La teoría de la selección natural se puede deducir a partir de tres observaciones y
dos conclusiones que de ella se derivan:
primera observación: todas las especies tienden a reproducirse en progresión
geométrica
segunda observación: en condiciones naturales el tamaño de las poblaciones
permanece constante largos periodos de tiempo
conclusión: no todos los cigotos llegan a individuos adultos. Hay, por tanto, una
lucha por la supervivencia
tercera observación: no todos los individuos de la misma especie son iguales. Existe
gran variación individual.
Conclusión: en la lucha por la supervivencia los individuos con variaciones más
favorables son los que se reproducen: supervivencia del más apto.
Por tanto es el medio ambiente el principal causante de la selección natural. Este
irá eliminando a los individuos con variaciones más desfavorables.
3.- TEORÍA ACTUAL DE LA EVOLUCIÓN
La síntesis entre la genética y el darwinismo produce la teoría sintética de la
evolución basada en tres puntos:
variación heredable: es todo cambio que se produce en la información genética
(mutación ) y que se transmite a la descendencia
selección natural: la supervivencia del más apto se asimila a la reproducción
diferencial o capacidad de algunos individuos para dejar más descendientes que
otros
aislamiento reproductivo: imposibilidad de fecundación entre los individuos de una
población.
La evolución actúa por la aparición de variaciones genéticas en una población y su
propagación a toda la población mediante la selección natural en sucesivas
generaciones.
La base para que pueda actuar la selección natural es el gran número de variaciones
posibles que se transmiten hereditariamente. Estas variaciones se producen por
diferentes mecanismos:
recombinación gamética: cualquier individuo puede cruzarse con otro de sexo
opuesto
recombinación cromosómica: en la meiosis se produce de manera aleatoria una
distribución de cromosomas con lo que los gametos que produce un individuo llevan
información diferente entre sí
recombinación génica: por el fenómeno de entrecruzamiento de cromosomas en la
meiosis
la mutación es un cambio producido al azar de la información genética
la inmigración o incorporación de nuevos miembros a la población.
Al conjunto de genes que posee una población se le llama reserva génica o pool
génico.
La selección natural actúa sobre poblaciones de individuos. Cada generación de
individuos es seleccionada por el ambiente provocando la muerte o imposibilidad de
descendencia a algunos de ellos.
Los organismos mejor adaptados al ambiente tienen mayor facilidad para subsistir
y reproducirse dejando más descendientes que otros (reproducción diferencial).
4.- INTERPRETACIÓN GENÉTICA DE LA EVOLUCIÓN
La evolución sería el cambio progresivo de las frecuencias génicas, es decir, a lo
largo de las generaciones existen una serie de genes que disminuyen en la
población en tanto que otras aumentan.
La frecuencia de un gen A será el número total de individuos AA + la mitad de los
individuos Aa dividido por el número de miembros de la población.
P = AA + ½ Aa/ N
Igualmente la frecuencia q de un gen a será: q = aa + ½ Aa / N
Y la suma p + q = 1
Por ejemplo en una población de 200 individuos con 100 individuos AA, 40 Aa y 60 aa,
la frecuencia del gen A será p = 0,6 y la del gen a q = 0,4. Así la probabilidad de
obtener individuos:
AA = 0,6 x 0,6 = 0,36
Aa = 0,6 x 0,4 = 0,24
aA = 0,4 x 0,6 = 0,24
aa = 0,4 x 0,4 = 0,16
Es decir, con genotipo AA 36% , con genotipo Aa 48%, con genotipo aa 16%
5.- LA LEY DE HARDY - WEINBERG
Siguiendo con la población del ejemplo anterior, veamos la segunda generación:
En la primera la frecuencia de A vuelve a ser 0,6 y la de a 0,4 con lo que volveremos
a obtener LA 36%, A 48% y a 16%. Así sucede sucesivamente en todas las
generaciones.
Y así Hardy y Weinberg extrajeron su ley que dice: si el apareamiento se da al azar,
no se manifiestan mutaciones y la población es significativamente grande, las
frecuencias génicas permanecen constantes generación tras generación.
Lo que hace que se produzca la evolución es que alguna de las condiciones de la ley
Hardy - Weinberg no se lleve a efecto:
el apareamiento no suele ser al azar, los compañeros sexuales vienen determinados
continuamente se están produciendo mutaciones que son de carácter recesivo en su
mayoría con lo que la selección natural las elimina. Solo la mutación de carácter
dominante puede influir en las frecuencias génicas puesto que la selección natural
actuará a favor o en contra del carácter mutado.
6.- LA ESPECIACIÓN
Los cambios evolutivos acaecidos en una población acaban en la formación de nuevas
especies.
Una especie es el conjunto de individuos capaz de reproducirse entre sí pero no con
otras especies. Lo que separa a las especies es la barrera reproductora que se ha
formado:
por aislamiento: bien la formación de barreras geológicas o la imposibilidad de
reproducirse unos individuos con otros origina que con el tiempo se creen nuevas
especies.
por poliploidía: aumento del número de cromosomas por mitosis anormales.
7.- FORMAS DE PRODUCIRSE LA EVOLUCIÓN
La evolución se determina por la alteración del equilibrio genético de un grupo de
individuos.
La evolución no siempre se produce con la misma rapidez e intensidad.
Es un fenómeno irreversible. Si durante la evolución se pierde una característica es
imposible de recuperar.
La velocidad de evolución varía según el tipo de organismos.
La evolución se presenta en forma de árbol ramificado