Biología


Biología

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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 “porque”.

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 excluiría 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 como 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 mas 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 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 nombra 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 numero de protones es lo que define a un elemento químico, por ejemplo el hidrógeno tiene uno, el carbono seis, el nitrógeno siete, el oxigeno 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 las 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 micromoléculas azucares sencillos, aminoácidos, nucleotidos, ácidos grasos, esteroides

  • moléculas grandes, macromoléculas: complejas, son los polisacáridos, proteínas, ácidos nucleicos.

Todas las macromoléculas son polimeros, están formadas por unidades semejantes que se repiten muchas veces. Así los polisacáridos, están constituidos por azucares, las proteínas por aminoácidos, y los ácidos nucleicos por nucleotidos. El ordenamiento de estas unidades elementales se llama secuencia. Hay una enorme variedad de proteínas distintas. 3000 en las bacterias 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 nucleotidos.

Los azúcares sencillos dan lugar 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 grupos alcohol y grupos aldehido o acetona 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 de estructura espacial.

Las pentosas (C5H10O5) tienen como destacada la ribosa que forma parte de los ácidos nucleicos. Las triosas como el gliceraldehido tienen de 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 solo en células animales; cuando disminuye el nivel de glucosa en sangre, el glucogéno 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 digerirla. 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, eter, 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 funden a temperaturas mas 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 polimeros 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 contractil como las del músculo actina y miosina. Otras transportadora 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 polimeros 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 DNA lleva todas menos uracilo y el RNA todas menos timina.

La estructura espacial del DNA consiste en un par de cadenas arrolladas 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 conoció 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 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 tintarlas.

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 atraviesen 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 gluco-lípidos y gluco-proteínas.

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 ensamblaje-desensamblaje 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 DNA: 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 DNA 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 fosfato-pentosa recorre la hélice mientras las bases se sitúan en el interior. Las bases nitrogenadas quedan unidas entre sí. La adenina solo 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 DNA 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 secuencia 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 DNA

Para que al reproducirse cada una de las células hijas reciba una copia del material genético el DNA debe reproducirse también, es decir, hacer copias de su molécula, este proceso se llama replicación del 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 transmitirá 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 4x 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 micrometros) 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 arrosariado. 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 DNA.

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 esta 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 (m-RNA).

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

  • RNA de transferencia (t-RNA) transporta los aminoácidos. Cada aminoácido es llevado al ribosoma por su propio t-RNA.

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3.- UN DICCIONARIO MOLECULAR: EL CÓDIGO GENÉTICO

Como las bases nitrogenadas del RNA 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 m-RNA AMINOÁCIDO

CCA..........................GGU............................Glicerina

TAC...........................AUG...........................Metionina.

4.- SÍNTESIS DE PROTEÍNAS: TRADUCCIÓN

Se inicia cuando un determinado m-RNA 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 t-RNA 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 esté en el sitio apropiado. La unión de cada t-RNA con su aminoácido está regulada por una enzima específica.

Etapas en la síntesis de proteínas:

  • El m-RNA se une al ribosoma

  • El primer codón del m-RNA reacciona en el complejo (t-RNA1+aa1) generalmente suele ser el t-RNA+metionina, pues el primer codón del m-RNA 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 m-RNA puede ser utilizado por varios ribosomas simultáneamente. Finalmente el m-RNA es degradado.

    Para los enlaces peptídicos entre los aminoácidos se necesita energía que se obtiene de la degradación de las moléculas nutrientes. Esta misma energía se usa para la unión t-RNA+aa y para el movimiento del ribosoma a través del m-RNA.

    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 solo 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 apelotonen 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.

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    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 la nutrición es un proceso fisiológico involuntario. La alimentación puede ser heterogénea, la nutrición es un proceso único.

    Los organismos eucariótidos 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 eucariótidas 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 (glucolisis y respiración celular) son reacciones de oxidación reducción. Oxidación es la pérdida de un electrón y reducción la ganancia de un electrón. La oxidación 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.

    MONOSACARIDOS.

    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 ingiriéramos grasa, una vez consumida la reserva moriríamos. 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 sebos, 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 eritrocitos- aceites veg. Huevos, leg

    K : síntesis de protombina- 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 (cobolamina), 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 óseo, conjuntivo...

    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 tiroídeas. 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.

    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 usen 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 musculoso distendible. 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 proteinasas que las escinden a polipéptidos 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, continua 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 polimeros 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 proteíca 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 aceptadoras de electrones que se producen en le 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 oxigeno 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 o a fermentación láctica (ácido láctico) realizada por microorganismos y también por las células musculares sometidas a intensa actividad (por mucho que respiremos 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 catabólicas 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 desfoforilización de 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, polimeros 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 CIRCULACION

    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, traqueas 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 ramificándose 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.

    Traquea, 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.- COMO 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 contraen 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 relajarse, 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 esta 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 como 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 precusores 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 protombina 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 coagulo 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 sistemática, 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 aorta se cierran tras la contracción del ventrículo par 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 cardiaco 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 empujaría una columna de mercurio que en un adulto joven suele ser de 120mm 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 al 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 ni 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 vasopresora 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 desechos 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 le 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 renales. 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 reabsorber 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 excrete 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 forma la piel y las mucosas que tapizan el tubo digestivo, aparato respiratorio y el tracto génito-urinario 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 lagrimas, 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 barrearas 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 puedan 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 transplantes 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 particular antígeno. 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 en el 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 eucariótidas 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 transplantes 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 al 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 eritomatroso 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 RNA-m que se traducirá en determinadas proteínas estructurales, enzimáticas u otras que alteren la función celular.

    Las hormonas peptídicas o 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, epífisis, 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 que 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 (THS): 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 interregulación 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 el tiroides a segregar tiroxina.

    • Calcitonina: es de naturaleza proteíca. 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.- GLANDULAS PARATIROIDES

    Cuatro pequeñas glándulas adheridas a la parte posterior del 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 corticoideas 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 por las células. Además las hormonas corticoideas 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 pierden 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 mas 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 d 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.

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    10.- GLÁNDULA PINEAL O EPÍFISIS

    Pequeña masa celular muy sensible a la luz situada en el centro del encéfalo. Segrega melatonina cuya acción parece relacionado con el ritmo diario de actividad biológica o ritmo arcadiano 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 interactuan 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 de sistema nervioso y endocrino.

    Las neuronas pierden su capacidad de división una vez completado el desarrollo neuronal 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

    • dentritas: 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 dentritas 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 un 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 dentritas. Son las más frecuentes

    • neuronas bipolares: con un axón y una dentrita.

    • neuronas unipolares o monopolares: con una sola prolongación del soma que se puede ramificar en axón y dentrita.

    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 neuronas 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 trasmite 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.

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    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 mimo 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

    • nocirreceptores sensibles a cambios intensos de energía mecánica, química o calorífica; son los receptores del dolor.

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    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 sodio-potasio.

    Así se transmite el impulso nervioso en una célula amielitica, 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 saltativa, 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 dentrita 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 combinándose 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 dentritas 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 cefaloraquídeo.

    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 cardiaco, 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 trigémino. 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 de sistema nerviosos son somáticas o autónomas.

    El sistema nervioso somático esta 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 fisico-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, siliceos...). Por ejemplo sobre un suelo exclusivamente rocoso solo pueden vivir los líquenes; estos con su actividad, formaran 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 motilidad 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 lama hábitat. Así 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 los 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 en 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 materia 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..) 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 evaporación-precipitación.

    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.

    Proteínas se originan por síntesis dependiente de los genes. El DNA y RNA aportan la información del orden de los aminoácidos de la cadena.

    DNA la autoduplicación del DNA 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 nucleolo.

    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 el 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 tetrada (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 cromatídicos 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 (tetrada).

    I ANAFASE MEIÓTICA: la tetrada 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 MEIÓTICA: 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 tetrada 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 - espermátida - espermatozoide dura 8-9 semanas.

    El núcleo haploide de la espermátida se desplaza hacia un extremo agrandándose 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 par 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 sertoli 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 el 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 formaran el cuerpo lúteo que a partir de ese momento segrega estrógenos y progesterona.

    La progesterona prepara al útero par 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 tres- cinco 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 expulsándose 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 laparoscopio. 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 blastocito, se insertan 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 poderse 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 papilonáceas (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 tomas 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) observo 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 heterocigótico tiene un fenotipo diferente al del homocigótico dominante (Ll 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 permanecerían 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 entrecrucen (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 de homólogos. 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 contienen 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; 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 producirse 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 -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 fenilalaninhidrolasa 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 MULTIPLES: 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 BO 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 son 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 permitan sus genes.

    9.- MUTACIONES

    Una mutación es un cambio heredable en el material genético de una célula.

    Las mutaciones se original 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, peroxidos...).

    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 anormal 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 trisomia 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 DNA se duplica mal. 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 publica 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 AA 36%, Aa 48% y aa 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 acuará a favor o en contra del carácter mutado.

    6.- LA ESPECIACION

    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 meiosis anormales.

    7.- FORMAS DE PRODUCIRSE LA EVOLUCIÓN

    la evolución se determina por la alteración del equilibrio génico de un grupo de individuos.

    La evolución no siempre se produce con la misma rapidez e intensidad.

    Es un fenómeno irreversible. Si durante la evolucion se pierde una caracteristica es imposible de recuperar.

    La velocidad de evolución varía según el tipo de organismos.

    La evolucion se presenta en forma de árbol ramificado

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    Biología



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    Enviado por:José Manuel Gracia Heras
    Idioma: castellano
    País: España

    Palabras clave:
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