Biología (Todos los módulos)

Módulo 1: Bases químicas de la vida

Elementos y compuestos

Todos los materiales y sustancias que nos rodean, y que tienen masa y ocupan espacio, es materia. Las sustancias son elementos o compuestos. Se dice que el elemento es “puro”, es decir, que no puede ser desdoblado ni descompuesto en dos o más sustancias distintas (ejemplo, el oxígeno). Dos o más elementos se unen para formar combinaciones químicas denominados “compuestos”. Los compuestos pueden desdoblarse o descomponerse en los elementos que contienen (ejemplo, el agua). Son 26 elementos los que están presentes en el cuerpo humano. A 11 se los denomina “elementos principales”. Cuatro de estos elementos principales (carbono, oxígeno, hidrógeno y nitrógeno) constituyen aproximadamente el 96% de la materia del cuerpo humano. El 15% restante se denomina oligoelementos. El zinc, el potasio y el hierro son oligoelementos, pequeños elementos químicos que intervienen en el metabolismo del organismo para nutrir nuestro sistema inmunológico. Los oligoelementos son sustancias químicas que se encuentran en pequeñas cantidades en el organismo para intervenir en su metabolismo. Se les conoce de esta manera (oligoelementos) debido a que la cantidad requerida de cada uno de ellos es menor a 100 mg. Estos elementos químicos, en su mayoría metales, son esenciales para el buen funcionamiento de las células. 

Átomo

(Proviene del latín atomus, y éste del griego άτομος, indivisible) es la unidad más pequeña de un elemento químico que mantiene su identidad o sus propiedades y que no es posible dividir mediante procesos químicos. Los átomos contienen diferentes clases de partículas menores o subatómicas que se encuentran en un núcleo central o en el cortejo electrónico o campo que le rodea. Estas partículas subatómicas son: protones, neutrones y electrones.

Como los protones llevan carga positiva y los neutrones son neutros, el núcleo de un átomo lleva una carga eléctrica positiva igual al número de protones presentes en él. Los electrones se mueven alrededor del núcleo del átomo en lo que se puede representar como una “nube” o campo electrónico. El número de electrones con carga negativa que giran alrededor de núcleo de un átomo es igual al número de protones con carga positiva del núcleo. Por tanto, el número de cargas opuestas se anula o neutraliza recíprocamente, de modo que los átomos son partículas eléctricamente neutras.

Número y peso atómico

                Los elementos difieren en sus propiedades químicas y físicas debido a las diferencias en el número de protones de sus núcleos atómicos. El número de protones del núcleo de un átomo, denominado número atómico, es decisivo, ya que identifica la clase de elemento de que se trata. Cada elemento está identificado por su símbolo y su número atómico (por ejemplo el número atómico del hidrógeno es 1, lo que significa que todos los átomos de hidrógeno tienen un protón en su núcleo). Cada elemento se identifica por su propio número, único, de protones, es decir, por su propio número atómico.

                El término peso atómico se refiere a la masa de un átomo aislado. Es igual al número de protones más el número de neutrones del núcleo del átomo. El peso de los electrones es despreciable.  à Peso atómico: (p+n)

Capas de electrones

                El número total de electrones de un átomo es igual al número de protones de su núcleo. La “nube” indica que ninguno de esos electrones puede ser localizado en un punto concreto en un momento determinado. Regla del octeto: Los átomos con menos o más de ocho electrones en su capa externa tratarán de perder, ganar o compartir electrones con otros átomos para lograr estabilidad.

Isótopos

                Los isótopos de un elemento contienen el mismo número de protones, pero tienen cantidades distintas de neutrones. Los isótopos tienen las mismas propiedades químicas básicas que cualquier otro átomo de igual elemento y también tienen el mismo número atómico; no obstante, al tener un número distinto de neutrones, su peso atómico es diferente. Un ejemplo de esto es el isótopo del carbono que tiene ocho neutrones en lugar de seis. Se denomina carbono 14, el cual, es un ejemplo de un tipo especial de isótopos que si son inestables, sufren desintegración nuclear y se denominan isótopos radioactivos o radioisótopos. En su descomposición, los isótopos radioactivos emiten partículas nucleares y radiación en un proceso llamado “desintegración”.

Radioactividad

                La radioactividad es la emisión de radiaciones por el núcleo de un átomo. Los tres tipos de radiación son las partículas alfa, las partículas betas y los rayos gamma. Las partículas alfa son partículas relativamente pesadas, formadas por dos protones y dos neutrones. Las partículas betas son electrones formados en el núcleo del átomo radiactivo por el desdoblamiento de uno de sus neutrones en un protón y un electrón. El protón permanece atrasado en el núcleo y el electrón es expulsado del mismo en forma de partícula beta. Al ser electrones, las partículas beta son mucho más pequeñas que las alfas, que constan de dos protones y dos neutrones. Las partículas beta viajan también a una velocidad mucho mayor que las alfa. Los rayos gamma son radiaciones electromagnéticas, una forma de energía luminosa.

Interacciones entre átomos: uniones químicas

                Las interacciones entre átomos se producen en gran parte como consecuencia de la actividad entre los electrones de la capa más externa; esto es denominado reacción química. El resultado de estas reacciones entre átomos es la formación de una molécula (por ejemplo, dos átomos de oxígeno se pueden combinar con un átomo de carbono para formar dióxido de carbono molecular, o CO2). Si se combinan los átomos de más de un elemento, el resultado es un compuesto; es decir que el oxígeno existe como molécula (O2) y es un elemento. El agua existe como molécula (H2O) y es un compuesto. Las reacciones que mantienen juntos los átomos lo hacen mediante la formación de uniones químicas. Hay dos tipos de uniones químicas que unen a los átomos para formar moléculas, las uniones iónicas o electrovalentes y las uniones covalentes.

1-Uniones iónicas o electrovalentes

                La unión química formada por el traspaso de electrones de un átomo a otro se denomina unión iónica o electrovalente. Esta unión se produce como resultado de la atracción entre los átomos que han quedado eléctricamente cargados por la pérdida o ganancia de electrones. Estos átomos de denominan iones y pueden estar cargados, tanto como positiva o negativamente. Los iones con cargas opuestas se atraen. Un ejemplo seria el caso de la molécula compuesta de cloruro de sodio NaCl, ya que primero en la capa externa del átomo de sodio hay un solo electrón no emparejado. Si este electrón se “perdiera”, el anillo exterior sería estable porque tendría un octeto externo completo (cuatro pares de electrones). La pérdida del electrón daría lugar a la formación de un ión de sodio (Na) con carga positiva (esto de debe a que hay un protón más que un electrón). Por el contrario, el átomo de cloro tiene un electrón no emparejado más tres pares de electrones, o un total de siete electrones en su capa externa. Si se añade otro electrón, el cloro satisfaría la regla del octeto y su capa externa de energía tendría un complemento completo de cuatro pares de electrones. La adición de otro electrón daría lugar a la formación de un ión de cloro (Cl) cargado negativamente. El sodio dona un electrón y el cloro lo acepta, dando lugar así, a la “sal de mesa corriente” o NaCl.

2-Uniones covalentes

                La unión química formada al compartir uno o más pares de electrones entre las capas externas de dos átomos se denomina enlace covalente. Si dos átomos están unidos entre sí por compartir un par de electrones, se dice que existe un enlace covalente único. Los enlaces covalentes que reúnen átomos por compartir dos pares de electrones se denominan enlaces covalentes dobles, o simplemente enlaces dobles. Un ejemplo sería dos átomos de oxígeno, en el cual cada uno  de ellos comparte dos electrones con un átomo de carbono, obteniendo una capa externa completa con ocho electrones (regla del octeto), dando lugar así a la molécula de “dióxido de carbono”

3-Uniones de hidrógeno

                Existe un tercer tipo de enlace químico denominado enlace de hidrógeno. Los enlaces de hidrógeno son mucho más débiles que los iónicos o covalentes, ya que necesitan menos energía para romperse. Los enlaces de hidrógeno se deben a la desigual distribución de la carga en la molécula. Estas moléculas, como el agua, se denominan polares. Los enlaces de hidrógeno son importantes para el mantenimiento de la estructura tridimensional de las proteínas y de los ácidos nucleicos.

Reacciones químicas

                Las reacciones químicas implican interacciones entre átomos y moléculas, que llevan a su vez a la formación o rotura de enlaces químicos. Los tres tipos básicos de reacciones químicas son:

• Reacciones de síntesis: en este tipo de reacciones dos o más sustancias, llamadas reactivos, se combinan para formar una sustancia más compleja denominada producto. Las reacciones de síntesis dan lugar a la formación de nuevos enlaces y, para que la reacción se produzca y se forme el nuevo producto, hace falta energía. Un ejemplo de esto sería la capacidad del organismo de sintetizar nuevos tejidos en la reparación de heridas.
• Reacciones de descomposición: dan lugar al desdoblamiento de una sustancia compleja en dos o más, más sencillas. En este tipo de reacción, las uniones químicas se rompen, liberándose energía. La energía se puede liberar en forma de calor o bien captarse para su almacenamiento y uso futuro. Las reacciones de descomposición tienen lugar cuando un nutriente complejo es desdoblado en una célula para liberar energía destinada a otras funciones celulares. Los productos de dicha reacción son productos de desecho. A diferencia de las reacciones de síntesis que forman enlaces químicos, las reacciones de descomposición los destruyen. La energía liberada por la reacción de descomposición puede ser utilizada para impulsar la reacción de síntesis.
• Reacciones de intercambio: permite que dos reactivos distintos intercambien componentes y que como consecuencia se formen dos nuevos productos. Las reacciones de intercambio desdoblan o descomponen dos compuestos, a cambio de lo cual sintetizan otros dos nuevos (como por ejemplo la reacción entre el ácido láctico y el bicarbonato sódico, en la cual la descomposición de ambas sustancias da lugar a la síntesis de lactato sódico y ácido carbónico).
• Reacciones reversibles: se desarrollan en ambas direcciones. Una gran mayoría de las reacciones de síntesis, descomposición o intercambio son reversibles.

Compuestos orgánicos e inorgánicos

                En los organismos vivos, hay dos clases de compuestos, orgánicos e inorgánicos. Los orgánicos suelen definirse como compuestos de moléculas que contienen enlaces covalentes carbono-carbono (C-C) o enlaces covalentes carbono-hidrógeno (C-H) o ambos tipos de uniones. El cuerpo humano tiene ambos tipos de compuestos, ya que los dos son igualmente importantes para la química de la vida. Las moléculas orgánicas suelen ser más grandes y complejas que las inorgánicas.

Moléculas inorgánicas: Agua

El agua ha sido denominada el “origen de la vida” porque todos los organismos vivos necesitan de agua para sobrevivir. Cada cuerpo celular está bañado en líquido y sólo en este medio homeostáticamente regulado y controlado es donde las células pueden funcionar. El agua es el elemento más importante y abundante del cuerpo. Supone casi el 70% del peso corporal y actúa como huésped de las funciones vitales. El químico considera al agua como un compuesto simple. Tiene una estructura atómica que es el resultado de combinar dos enlaces covalentes entre un átomo de oxígeno y dos átomos de hidrógeno. Las moléculas de agua son polares, tienen un extremo cargado positivamente y otro lo está negativamente. Esta sencilla propiedad química, denominada polaridad, permite al agua actuar como un disolvente muy eficaz. Debido a su naturaleza polar, el agua tiene tendencia a ionizar las sustancias en solución.

El papel fundamental que desempeña el agua como disolvente permite el transporte de muchas materias esenciales al interior del cuerpo. Otra importante función del agua se deriva del hecho que absorbe y libera calor lentamente. Estas propiedades le permiten mantener una temperatura relativamente constante, lo que hace que el cuerpo, que tiene un gran contenido de agua resista a cambios bruscos de temperatura. Los químicos describen esta propiedad diciendo que el agua tiene un elevado “calor específico”, es decir, que puede perder y adquirir grandes cantidades de calor con pequeños cambios de temperatura. Tanto los químicos como los biólogos reconocen que el elevado “calor de evaporación” del agua es otra importante cualidad física. Esta característica precisa la absorción de importantes cantidades de calor para que el agua pase de líquido a gas. Siempre que se produce un exceso de calor, el cuerpo puede disiparlo y mantener una temperatura normal gracias a la evaporación del agua (sudor) de la superficie cutánea.

El agua además desempeña un papel clave en procesos como la permeabilidad celular, el transporte activo de materiales, la secreción y el potencial de membrana, etc.

Oxígeno y Dióxido de Carbono

                El oxígeno (O2) y el dióxido de carbono (CO2), son importantes sustancias inorgánicas íntimamente relacionadas con la respiración celular. El oxígeno molecular está presente en el cuerpo en forma de dos átomos de oxígeno unidos por un doble enlace covalente. El oxígeno es necesario para completar las reacciones de descomposición necesarias para liberar la energía de los nutrientes quemados por la célula. El dióxido de carbono se considera como un miembro de un grupo de compuestos inorgánicos muy simples, que contienen carbono. Es una importante excepción de la regla empírica que afirma que las sustancias inorgánicas no contienen carbono. Como el oxígeno, el CO2 participa en la respiración celular. Se produce como un desecho durante el desdoblamiento de los nutrientes complejos y también desarrolla un importante papel en el mantenimiento de un adecuado equilibrio acidobásico.

Electrólitos

                Otras sustancias inorgánicas son los ácidos, las bases y las sales. Estas sustancias pertenecen a un gran grupo de compuestos denominados electrólitos. Los electrólitos son sustancias que se descomponen o disocian en solución para formar partículas cargadas o iones. Los iones con carga positiva se denominan cationes y los que tienen carga negativa se llaman aniones.

1-Ácidos y bases

                Los ácidos y bases son sustancias químicas frecuentes y muy importantes para el cuerpo. Los primeros químicos clasificaron los ácidos y las bases mediante características como el sabor o la propiedad de cambiar el color de determinados colorantes, por ejemplo, los ácidos tienen sabor agrio y las bases, amargo. El colorante tornasol se volverá azul en presencia de las bases y rojo cuando se lo expone a los ácidos.

2-Ácido

                Un ácido es cualquier sustancia que libere un ión hidrógeno cuando está en solución. El ión hidrógeno es, simplemente, un protón desnudo, el núcleo de un átomo de hidrógeno. Por tanto, los ácidos suelen denominarse “donantes de protones”. La concentración de iones hidrógeno explica las propiedades químicas de los ácidos. El grado de “acidez” de una solución depende del número de iones hidrógeno que un determinado ácido va a liberar. Los ácidos pueden ser “ácidos fuertes”, el cual es el que se disocia por o casi en totalidad, formando iones hidrógeno. Por el contrario un ácido débil apenas se disocia y, en consecuencia, produce un pequeño exceso de iones hidrógeno en solución.

3-Bases

                Las bases o compuestos alcalinos son electrólitos que, cuando se disocian en solución, desvían el equilibrio del ión hidrógeno a favor del ión hidróxido. Esto puede hacerse aumentando el número de iones hidróxido en solución o reduciendo el número de iones hidrógeno presentes. Las bases son receptores de protones y se dividen en “fuertes” y “débiles”. Las bases desempeñan papeles decisivos en el transporte de los gases respiratorios y en la eliminación de los productos de desecho.

4-La escala del pH: medida de la acidez y la alcalinidad

                El término pH es un símbolo utilizado para indicar la concentración del ión hidrógeno de una solución. Un pH de 7 indica la neutralidad, un pH inferior a 7 indica acidez y otro mayor de 7 es signo de alcalinidad.

5-Tampones

                La increíble constancia de los mecanismos homeostáticos del pH se debe a la presencia de sustancias denominadas tampones, que reducen al mínimo los cambios de concentraciones de iones hidrógeno e hidróxido de nuestros líquidos orgánicos. Se afirma que los tampones actúan como un “depósito” de iones hidrógeno. Aportan o retiran iones hidrógenos de una solución cuando es necesario para mantener el pH constante.

6-Sales

                Sal es cualquier compuesto resultante de la interacción química entre un ácido y una base. Como los ácidos y las bases, las sales son compuestos electrolíticos y se disocian en solución para formar más iones cargados positiva o negativamente. La reacción entre un ácido y una base para formar una sal y agua se denomina reacción de neutralización. Para el correcto funcionamiento de los nervios y para la concentración del tejido muscular, se requiere la cantidad y concentración adecuadas de electrólitos de sales minerales (potasio “K”, calcio “Ca”, sodio “Na”).

Moléculas orgánicas

                El término orgánico se utiliza para describir el gran número de compuestos que contienen carbono, concretamente enlaces C-C o C-H. En el cuerpo humano hay cuatro grupos principales de sustancias orgánicas: carbohidratos, proteínas, lípidos, ácidos nucleicos.

Carbohidratos 

                Todos los carbohidratos contienen los elementos carbono, hidrógeno y oxígeno. Los carbohidratos son sustancias comúnmente denominadas azúcares y almidones y constituyen la fuente principal de energía química, necesaria para todas las células del cuerpo. Además, los carbohidratos desempeñan un papel estructural como componentes de moléculas tan importantes como el ARN y el ADN, que participan en la reproducción celular y en la síntesis de las proteínas. Los carbohidratos se dividen en tres grupos, que se caracterizan por la longitud de sus cadenas de carbono. Estos tres tipos se denominan: monosacáridos (azúcares simples), disacáridos (azúcares dobles), polisacáridos (azúcares complejos).

1-Monosacáridos

                Los monosacáridos, o azúcares simples, tienen cadenas de carbono cortas. El azúcar simple más importante es la glucosa (se trata de un azúcar con seis carbonos). Al tener seis átomos de carbono se denomina hexosa. Aparte de la glucosa, otras hexosas importantes, o azúcares simples con seis carbonos, son la fructosa y la galactosa. Sin embargo, no todos los monosacáridos son hexosas. Algunas son pentosas, denominadas así porque contienen cinco átomos de carbono. La ribosa y la desoxirribosa (azúcares no dulces) son pentosas muy importantes para el organismo.

2-Disacáridos y polisacáridos

                Las sustancias clasificadas como disacáridos (azúcares dobles) o polisacáridos (azúcares complejos) son carbohidratos formados por dos o más azúcares simples unidos entre sí por una reacción de síntesis que implica la eliminación de agua. La sacarosa, la maltosa y la lactosa son disacáridos.

                Los polisacáridos están formados por muchos monosacáridos unidos para formar cadenas rectas o ramificadas. Una vez más, se elimina agua al unirse entre sí los diversos monosacáridos. Una gran molécula formada por muchas pequeñas moléculas iguales se llama polímero. Los polisacáridos son polímeros de los monosacáridos. El glucógeno se denomina en ocasiones almidón animal; es el principal polisacárido del cuerpo y su peso molecular estimado es de varios millones, una auténtica macromolécula.

Proteínas

                Todas las proteínas se caracterizan por la presencia de cuatro elementos: carbono, oxígeno, hidrógeno y nitrógeno. Un cierto número de proteínas más especializadas también contienen azufre, hierro y fósforo. Las proteínas son los compuestos que contienen carbono u orgánicos más abundantes del cuerpo y, como su nombre indica, sus funciones tienen la mayor importancia. Las moléculas proteicas tienen un tamaño gigante, es decir, son macromoléculas.

                Las enzimas son macromoléculas proteicas esenciales para casi todas las reacciones biológicas. Las proteínas son polímeros de tipo de cadena, formados por múltiples unidades o ladrillos, unidos extremo con extremo. Los ladrillos de todas las proteínas se denominan aminoácidos.

1-Aminoácidos

                Los elementos que componen la molécula proteica están unidos entre sí, formando unidades químicas denominadas aminoácidos. Las proteínas están constituidas por 20 aminoácidos frecuentes, la mayoría de los cuales están presentes en todas ellas. De estos 20, 8 son conocidos como aminoácidos esenciales, que no pueden producirse en el organismo y deben formar parte de la dieta. Los 12 aminoácidos no esenciales restantes pueden producirse a partir de otros aminoácidos o de moléculas orgánicas simples. Los aminoácidos suelen compararse a las letras del alfabeto (el alfabeto de las proteínas).

Los aminoácidos se unen con frecuencia mediante uniones peptídicas. Unión peptídica es la que une el grupo carboxilo de un aminoácido al grupo amino de otro aminoácido. El OH del grupo carboxilo de un aminoácido y el H del grupo amino de otro aminoácido se separan para formar agua y otro aminoácido al que se denomina péptido. Un péptido formado sólo por dos aminoácidos unidos por una unión peptídica es un dipéptido. El tripéptido consta de tres aminoácidos unidos por dos enlaces. Una larga sucesión o cadena de aminoácidos (100 o más) unidos por uniones peptídicas constituye un polipéptido. Cuando la longitud de la cadena polimérica supera ampliamente los 100 aminoácidos, la molécula se denomina proteína, en lugar de polipéptido.

2-Grados de estructura proteica

Se suelen describir cuatro niveles de organización de las proteínas:

• Primario: La estructura primaria de una proteína se refiere, simplemente, al número, clase, y secuencia de los aminoácidos que constituyen la cadena polipeptídica (hormona de la glándula paratiroides del ser humano: parathormona).
• Secundario: son polipéptidos que no se ubican en forma de cadena recta. Las cadenas están arrolladas o dobladas en hojas plegadas. El tipo de arrollamiento más habitual sigue una dirección horaria y se denomina hélice alfa (en forma de escalera de caracol). Las uniones de hidrógeno estabilizan los pliegues o espirales helicoidales.
• Terciario: una cadena proteica de estructura secundaria puede sufrir otras torsiones y enroscarse de nuevo, dando lugar a una proteína de estructura terciaria, en forma globular. La cadena polipeptídica está tan retorcida que sus espirales se tocan entre sí en muchos puntos, produciéndose “soldaduras por puntos” o conexiones entrelazadas. Son mantenidas por fuertes uniones (covalentes). Un ejemplo es la mioglobina.
• Cuaternario: es el resultado de la unión entre más de una unidad polipeptídica (las moléculas de anticuerpos y las moléculas de hemoglobina).

Lípidos

                Los lípidos son biomoléculas orgánicas insolubles en agua. Los lípidos están formados en gran parte por carbono, hidrógeno y oxígeno. Muchos lípidos también contienen otros elementos, como nitrógeno y fósforo. Los lípidos se clasifican en: triglicéridos o grasas, fosfolípidos, esteroides y prostaglandinas.

                Muchos de los lípidos se utilizan con fines energéticos, mientras que el papel de otros es estructural y actúan como partes integrantes de la membrana celular. Otros importantes compuestos lipídicos funcionan como vitaminas o protegen órganos vitales al servir como “almohadillas de grasa” o amortiguadores en ciertas partes del cuerpo. Una sustancia lipídica actúa como “material aislante” alrededor de los nervios, sirviendo para evitar “cortocircuitos” y acelerar la transmisión de los impulsos nerviosos.

1-Triglicéridos o grasas

                Los triglicéridos o grasas son los lípidos más abundantes y actúan como la fuente de energía más concentrada del cuerpo. Para sintetizar o construir una molécula de grasa, son necesarios dos tipos de módulos: la glicerina y los ácidos grasos.

a-Tipos de ácidos grasos: Los ácidos grasos varían en la longitud de sus cadenas de carbono (número de átomos de carbono) y en el número de átomos de hidrógeno unidos a ellas o que saturan los enlaces disponibles alrededor de cada carbono de la cadena.

Un ácido graso saturado es aquel en el que todos los enlaces disponibles de su cadena hidrocarbonada están ocupados, es decir, saturados por átomos de hidrógenos. La cadena no tiene dobles enlaces. Por el contrario, un ácido graso no saturado tiene uno o más dobles enlaces en su cadena hidrocarbonada porque no todos los átomos de carbono de ésta están saturados por átomos de hidrógeno. El grado de saturación es el factor más importante para establecer las propiedades físicas y químicas de los ácidos grasos (compuestos líquidos y sólidos).

b- Formación de triglicéridos: El triestearato de glicerina es una molécula compuesta, formada por tres moléculas de ácido esteárico (un ácido graso) unidas mediante una reacción de síntesis de deshidratación a una sola molécula fundamental de glicerina. Además del triglicérido, este proceso da lugar a la formación de tres moléculas de agua.

2-Fosfolípidos

                Los fosfolípidos son compuestos grasos similares a los triglicéridos, pero su estructura química contiene fósforo y nitrógeno. Un extremo de la molécula (que contiene el grupo fosfórico del fosfolípido), es hidrosoluble, y el extremo formado por dos ácidos grasos es liposoluble. Esta propiedad química única indica que las moléculas de fosfolípidos pueden actuar como puente o unirse a dos medios químicos distintos, un medio acuoso por un lado y un medio lipídico por el otro. Esa es la razón de que los fosfolípidos sean un componente fundamental de las membranas celulares.

3-Esteroides

Los esteroides son un importante y amplio grupo de compuestos cuyas moléculas tienen como componente principal el núcleo esteroide. Los esteroides están muy distribuidos por el cuerpo y participan en numerosos papeles estructurales y funcionales importantes. El colesterol es un esteroide que se encuentra en la membrana plasmática que rodea cada una de las células del cuerpo. Su presencia ayuda a estabilizar esta importante estructura celular y es necesaria para muchas de las reacciones que las células tienen que efectuar para sobrevivir.

4-Prostaglandinas

Las prostaglandinas, denominadas con frecuencia “hormonas de los tejidos”, son lípidos constituidos por un ácido graso de 20 carbonos, no saturado, que contiene un anillo de cinco carbonos. Las prostaglandinas se relacionan primero con el tejido prostático y de ahí su nombre (aunque se pueden encontrar en casi todos los tejidos del cuerpo). Desempeñan un papel fundamental en la regulación de los efectos de algunas hormonas, modifican la presión arterial y la secreción de los jugos digestivos, estimulan el sistema inmunitario y la respuesta inflamatoria y desempeñan un importante papel en la coagulación de la sangre y en la respiración.

Ácidos nucleicos

La supervivencia del hombre como especie y la supervivencia de cualquier otra especie dependen en gran medida de dos tipos de ácidos nucleicos. Son los ácidos desoxirribonucleico (ADN) y el ribonucleico (ARN). Las moléculas de los ácidos nucleicos son polímeros de miles de moléculas más pequeñas, denominados nucleótidos. Un desoxirribonucleótido (en las moléculas de ADN) está formado por el azúcar pentosa conocido como desoxirribosa, una base nitrogenada (adenina, citosina, guanina o timina) y un grupo fosfato. Los ribonucleótidos (en las moléculas de ARN) son similares, pero contienen ribosa en lugar de desoxirribosa y uracilo en lugar de timina.

Las moléculas de ADN, las de mayor tamaño en el cuerpo, son polímeros muy grandes, formados por numerosos nucleótidos. Una molécula de ADN está formada por dos largas cadenas de polinucleótidos. Las cadenas se arrollan una alrededor de la otra, formando una doble hélice. La hélice es una forma en espiral, similar a la del alambre de un muelle.

En el ADN solo están presentes dos clases de pares de bases (A-T y G-C) en millones de cantidades. Estos millones de pares de bases están en la misma secuencia en todos los millones de moléculas de ADN de un determinado cuerpo, pero la secuencia es distinta en el ADN de todos los demás sujetos. El ADN funciona como molécula de la herencia. Transmite los rasgos de una generación a la siguiente.

Metabolismo

Este término se utiliza para describir todas las reacciones químicas que se producen en las células del cuerpo. La nutrición y el metabolismo se describen conjuntamente porque todas las reacciones químicas o actividad metabólica que tienen lugar en las células están relacionadas con el uso que el cuerpo hace de los alimentos, una vez digeridos, absorbidos y transportados hasta las células. Los términos catabolismo y anabolismo se utilizan para describir los dos tipos principales de actividad metabólica. El catabolismodescribe, por lo general, reacciones de hidrólisis, que desdoblan las grandes moléculas de alimento en unidades químicas más pequeñas, y al hacerlo liberan energía. La energía liberada se encuentra en forma de electrones, que se sueltan a medida que se rompen los enlaces. Anabolismo es el término para referirse a las numerosas reacciones químicas, generalmente reacciones de síntesis por deshidratación, que construyen moléculas químicas mayores y más complejas a partir de subunidades más pequeñas. Las reacciones químicas anabólicas precisan energía en forma de trifosfato de adenosina (ATP).

Trifosfato de adenosina

El ATP se compone de tres elementos constituyentes: el primero es el azúcar pentosa ribosa, que sirve como punto de inserción a la molécula que contiene nitrógeno, la adenina, y un grupo característico de tres subunidades de fosfato. La energía que se almacena en el ATP se emplea para realizar el trabajo corporal, es decir, el trabajo que supone la contracción muscular, el movimiento, el transporte activo y la biosíntesis. El ATP es un compuesto estable que puede almacenar y proporcionar energía; por esta razón, a menudo se lo denomina “moneda energética” de las células.

Homeostasia

Las células del cuerpo sobreviven en condiciones de salud sólo cuando la temperatura, presión y composición química de su medio ambiente líquido permanecen, relativamente, constantes. Aunque muchos de los elementos del ambiente externo en el que vivimos están en constante estado de cambio, importantes elementos del medio interno (ambiente de las células), como la temperatura corporal, permanecen notablemente estables.

Los estados relativamente constantes mantenidos por el cuerpo se denominan “homeostasia”. El término homeostasia no significa que algo sea fijo e inmóvil, que permanece igual todo el tiempo; significa que es un estado que puede variar, pero que es relativamente constante. Lo que caracteriza a la homeostasia es el mantenimiento de unas condiciones internas relativamente constantes, a pesar de los cambios en el ambiente exterior.

Existen “mecanismos reguladores específicos”, los cuales son los responsables de ajustar los sistemas orgánicos para mantener la homeostasia (autorregulación del cuerpo). Cada célula del cuerpo, cada tejido y cada sistema desempeñan un importante papel en la homeostasia.

1-Mecanismos de control homeostático

Mantener la homeostasia significa que las células del cuerpo se encuentran en un medio que cubre sus necesidades y les permite funcionar con normalidad en condiciones externas variables. Los medios para mantener o restablecer la homeostasis se denominan mecanismos de control homeostático.

Para llevar a cabo la tarea de autorregulación, es necesario un sistema o red de comunicaciones integrado y muy complejo. Este tipo de red se denomina “bucle de control de retroalimentación”. La información puede ser transmitida a estos bucles de control mediante impulsos nerviosos o por mensajeros químicos específicos, denominados “hormonas”.

2-Elementos básicos de los mecanismos de control

En todo bucle de control de retroalimentación existen al menos tres elementos básicos:

a)       Mecanismo Sensor.

b)       Centro integrante o de control.

c)       Mecanismo efector.

Las palabras aferentes y eferentes se usan para describir el movimiento de una señal desde un mecanismo sensor hacia un centro de integración o de control y el movimiento de una señal desde ese centro hacia cualquier tipo de mecanismo efector. Aferente quiere decir que la señal viaja hacia un centro o un punto de referencia particular y eferente significa que la señal parte de un centro o de otro punto de referencia.

Los mecanismos de control homeostático se dividen en sistemas de retroalimentación negativa o positiva.

3-Sistemas de retroalimentación negativa

Los sistemas de control por retroalimentación negativa son inhibidores. Oponen un cambio (como descenso de la temperatura), creando una respuesta (producción de calor) de dirección contraria a la alteración inicial (descenso de la temperatura por debajo de un punto normal). Todos los mecanismos de retroalimentación negativa producen una acción opuesta al cambio que puso en marcha el sistema. Los sistemas de control por retroalimentación negativa estabilizan las variables fisiológicas. Impiden que estas se desvíen demasiado de sus límites normales. Estos sistemas son responsables de mantener constante el medio interno.

4-Sistemas de retroalimentación positiva

Los sistemas de retroalimentación positiva son estimuladores. La retroalimentación positiva tiende a ampliar o reforzar el cambio que se está produciendo. Los fenómenos que dan lugar a un simple estornudo, al nacimiento de un niño o a la formación de un coágulo de sangre son ejemplos de retroalimentación positiva.

La mayoría de los mecanismos homeostáticos actúan según el principio de la retroalimentación negativa. Son activos o puestos en marcha por variaciones en el medio que rodea a cada célula del cuerpo. Los sistemas de retroalimentación negativa son inhibidores: invierten el cambio que puso inicialmente en marcha el mecanismo homeostático. Al invertir el cambio inicial, el mecanismo homeostático tiende a mantener o restablecer la invariabilidad interna. En ocasiones, un mecanismo de retroalimentación positiva (estimulante) ayuda a mejorar la supervivencia. Estos sistemas de retroalimentación positiva o estimulante pueden ser necesarios para que determinadas funciones corporales finalicen rápidamente.

Módulo 2: Anatomía Celular

Estructura celular

Funciones

                                       Membranosas

Membrana plasmática

Sirven como límite de la célula, manteniendo su integridad; las moléculas proteínicas de su superficie externa realizan diversas funciones. Por ejemplo, actúan como marcadores que identifican las células de cada individuo, como moléculas receptoras para ciertas hormonas y otras moléculas y como mecanismos de transporte.

Retículo endoplásmico (RE)

Los ribosomas unidos al RE rugoso sintetizan proteínas que salen de la célula a través del complejo de Golgi; el RE liso sintetiza lípidos que se incorporan a las membranas celulares y hormonas esteroides, así como ciertos carbohidratos utilizados para formar glucoproteínas.

Aparato de Golgi

Sintetiza carbohidratos y los combina con proteínas, agrupando el producto en forma de glóbulos de glucoproteínas.

Lisosomas

Sistema digestivo de la célula.

Peroxisomas

Contienen enzimas que detoxifican las sustancias nocivas.

Mitocondrias

Catabolismo; síntesis de ATP; “planta de energía” de la célula.

Núcleo

Dirige la síntesis de proteínas, desempeñando así un papel esencial en otras actividades celulares, como el transporte celular, el metabolismo y el crecimiento.

                                   No membranosas

Ribosomas

Sintetizan proteínas; son “fábricas de proteínas” de la célula.

Citoesqueleto

Actúa como marco de soporte de la célula y sus organelas; participa en el movimiento celular; forma las prolongaciones celulares (microvellosidades, cilios, flagelos).

Cilios y flagelos

Prolongaciones celulares en forma de pelos que sirven para mover sustancias sobre la superficie celular (cilios) o impulsar las células espermáticas (flagelos).

Nucléolo

Desempeña un papel fundamental en la formación de ribosomas.

Las principales estructuras celulares son: la membrana plasmática; el citoplasma, incluida las organelas, y el núcleo.

Membranas celulares

                Cada célula contiene una serie de membranas. El límite celular externo o membrana plasmática es, precisamente, una de esas membranas. Cada célula contiene también varias organelas membranosas. Se trata de sacos y canales, formados por el mismo material membranoso que la membrana plasmática.

El modelo del mosaico fluido es una teoría que explica cómo están formadas las membranas celulares. Las moléculas de la membrana celular están dispuestas en una capa. El mosaico de moléculas es fluido, es decir, que las moléculas pueden flotar en derredor lentamente. Este modelo ilustra que las moléculas de la membrana celular forman una capa continua.

Las fuerzas que mantienen unida a la membrana celular son las atracciones químicas.

La estructura principal de una membrana celular es una doble capa de moléculas de fosfolípidos. Las cabezas son hidrófilas (aman el agua). Las colas son hidrófobas (temen al agua). Se disponen en bicapas en el agua. Entre los fosfolípidos están esparcidas moléculas de colesterol para que la membrana pueda funcionar adecuadamente a la temperatura del cuerpo. La mayor parte de la bicapas es hidrófoba, de forma que el agua o las moléculas hidrosolubles no la atraviesan fácilmente.

La célula puede controlar todo lo que pasa a través de la membrana gracias a las proteínas de membrana engastadas en la bicapa fosfolipídica. Algunas proteínas de membrana tienen carbohidratos unidos a ellas, formando glucoproteínas que actúan como marcadores de identificación. Algunas proteínas de membrana son receptores que reaccionan a sustancias químicas concretas y posibilitan, en ocasiones, un proceso denominado transducción de señales (llevar un mensaje a través de la membrana).

Citoplasma y organelas

El citoplasma es una sustancia interna de las células, similar a un gel, que incluye numerosas organelas suspendidas en un líquido intracelular acuoso denominado citosol. Hay dos grupos principales de organelas: las organelas membranosas son sacos o canales especializados, formados por membranas celulares. Las organelas no membranosas están formadas por filamentos microscópicos u otras sustancias no membranosas.

Retículo endoplásmico

Este nombre quiere decir literalmente “una red profundamente inmersa en el citoplasma”, que es lo que parece ser cuando se ve por primera vez. Está formado por canales de pared membranosa y sacos planos, curvados, dispuestos en hileras paralelas por el citoplasma; van de la membrana plasmática al núcleo. Las proteínas circulan por los canales. Hay dos tipos de retículo endoplásmico:

• El retículo endoplásmico rugoso cuenta con innumerables pequeños gránulos llamadosribosomas, los cuales salpican la cara externa de las paredes membranosas. Los ribosomas sintetizan proteínas que se mueven hacia el aparato de Golgi y abandonan finalmente la célula. Realizan síntesis de proteínas y el transporte intracelular.
• El retículo endoplásmico liso no tiene ribosomas bordeando la pared membranosa. Sus funciones no están muy bien establecidas y es probable que sean más variadas que las del retículo endoplásmico rugoso. Sintetiza ciertos lípidos y carbohidratos y crea membranas para su uso por toda la célula.

Ribosomas

Muchos están unidos al retículo endoplásmico rugoso o pueden estar libres, distribuidos por el citoplasma. El ribosomas es una estructura no membranosa formada por dos partes: una subunidad mayor y una subunidad menor, cada una de las cuales está formada por ARNr. Los ribosomas del retículo endoplásmico producen proteínas para exportar; los ribosomas libres las producen para el consumo propio.

Aparato de Golgi

Es una organela membranosa formada por cisternas apiladas una sobre la otra y situadas cerca del núcleo. Elabora moléculas proteicas del retículo endoplásmico. Las proteínas elaboradas salen de la última cisterna en una vesícula; el contenido de ésta puede ser secretado fuera de la célula.

Lisosomas

Formados por sacos membranosos microscópicos que se han desprendido del aparato de Golgi. Es el sistema digestivo de la propia célula; las enzimas los lisosomas digieren partículas o grandes moléculas que penetran en ella; en determinadas condiciones, digieren y destruyen las células.

Peroxisomas

Son pequeños sacos membranosos que contienen enzimas que detoxifican las sustancias nocivas que penetran en la célula. Se encuentran con frecuencia en las células renales y hepáticas

Mitocondrias

Formadas por sacos microscópicos; su pared está constituida por una membrana interna y otra externa, separas por líquido; miles de partículas forman moléculas enzimáticas unidas a ambas membranas. Son las plantas de energía de la célula; las enzimas mitocondriales catalizan series de reacciones de oxidación que producen aproximadamente el 95% de la energía de la célula.

Citoesqueleto

Es el marco de soporte interior de la célula, formado por piezas rígidas en forma de varilla que proporcionan apoyo y permiten el movimiento.

Fibras celulares

Son fibras de distintas longitudes dispuestas de una forma intrincada que forman un enrejado tridimensional de forma irregular. Las fibras parecen sostener al retículo endoplásmico, las mitocondrias y los ribosomas “libres”. Las fibras celulares más pequeñas son los microfilamentos: son los músculos de la célula; están formadas por delgadas y retorcidas hebras proteicas dispuestas en paralelo al eje mayor de la célula; los microfilamentos pueden deslizarse entre ellos, provocando el acortamiento de la célula.

Los filamentos intermedios son hebras retorcidas de proteínas ligeramente más gruesas que los microfilamentos; forman gran parte del marco de soporte en muchos tipos de células.

Los microtúbulos son huecos y diminutos tubos que constituyen las fibras celulares más gruesas; están formados por subunidades proteicas dispuestas en forma de espiral; su objetivo es desplazar materias en la célula.

Centrosoma

Zona del citoplasma próxima al núcleo que coordina la formación y la destrucción de los microtúbulos en la célula. Es una estructura no membranosa que se ha denominado en ocasiones centro organizador de los microtúbulos. Desempeña un importante papel durante la división celular. La localización general del centrosoma se descubre por los centríolos. Los centríolos son esenciales para la formación de las prolongaciones microtubulares de las células.

Prolongaciones celulares

El citoesqueleto forma prolongaciones que ensanchan la membrana celular hacia fuera, formando diminutas prolongaciones digitiformes. Estas prolongaciones son de tres tipos, cada una con funciones concretas:

1. Las microvellosidades se encuentran en las células epiteliales que recubren el intestino y otras zonas en las que la absorción es importante; ayudan muchas veces a multiplicar la superficie.
2. Los cilios y flagelos son prolongaciones celulares que tienen en su núcleo cilindros formados por microtúbulos; los cilios son más cortos y más numerosos que los flagelos; éstos sólo se encuentran en la célula espermática humana.

Núcleo

Es un cuerpo esférico ubicado en el centro de la célula y rodeado por una membrana porosa. Su estructura consta de una envoltura nuclear (formada por dos membranas, ambas esencialmente con la misma estructura molecular que la membrana plasmática) que rodea el nucleoplasma, la envoltura nuclear es porosa. El núcleo contiene moléculas de la herencia (ADN), que se presentan en forma de:

• Hebras o gránulos de cromatina en las células que no están en división.
• Cromosomas en las primeras fases de la división celular.

Las funciones del núcleo son las de las moléculas de ADN; el ADN determina la estructura y la función de las células y la herencia.

La estructura visible y más destacada del núcleo es un pequeño cuerpo no membranoso, que se tiñe intensamente y se denomina nucléolo. Está formado principalmente por ARN. El nucléolo sintetiza el ARN ribosómico (ARNr) y lo combina con proteínas para formar ribosomas.

Conexiones celulares

Las células se mantienen juntas gracias a unas redes fibrosas que rodean a grupos de ellas (por ejemplo, las células musculares) o, más frecuentemente, mediante conexiones directas entre sí. Hay tres tipos de conexiones celulares directas:

• Las desmosomas: “puntos de soldadura” que mantienen juntas las células adyacentes; las fibras de la superficie externa de cada desmosomas se entrelazan unas con otras fijadas interiormente por filamentos intermedios del citoesqueleto.
• Uniones de hendidura: canales de membrana de membranas plasmáticas adyacentes que se adhieren entre sí; tienen dos efectos:
  1. Forman hendiduras o “túneles” que unen el citoplasma de dos células.
  2. Funden dos membranas plasmáticas en una estructura única.

• Uniones estrechas: tienen lugar en células que están unidas por “collares” o material fuertemente fundido; las moléculas no pueden atravesar las grietas de las uniones estrechas; se presentan en el recubrimiento del intestino y otras partes del cuerpo donde es importante controlar qué es lo que atraviesa una capa de célula.

Módulo 3: Fisiología celular

Paso de las sustancias a través de las membranas celulares

Procesos de transporte pasivo

No precisan consumo de energía por parte de la membrana celular. La difusión es un proceso pasivo, en donde las moléculas se difunden a través de las membranas. Éste término hace referencia a la tendencia de las pequeñas partículas a diseminarse por igual en un determinado espacio. Las moléculas pasan de una zona de alta concentración a otra de baja concentración, es decir, a favor del gradiente de concentración. Gradiente de concentración hace referencia a la concentración mensurable entre una zona y otra. Al difundirse las moléculas, se produce un estado de equilibrio. El equilibrio no es una situación estática, sino que es un estado compensado, en el que el número de moléculas de una sustancia que se mueven de un lado de la membrana es exactamente igual al número de las que se mueven al otro lado.

Las moléculas se difunden por medio de canales y poros de membrana en la membrana celular a través de los cuales pueden pasar iones concretos u otras pequeñas moléculas hidrosolubles. Cuando las moléculas atraviesan una membrana, se dice que permean a través de la membrana. La membrana se califica comoimpermeable, al sodio por ejemplo, si no hay canales de sodio u otras proteínas transportadoras que permitan el paso de los iones de sodio. Así pues, las membranas vivas pueden ser permeables a ciertas moléculas, pero no a otras. La permeabilidad de una membrana también puede verse modificada por la apertura y el cierre de determinados canales. Los canales que operan de este modo se denominan canales con compuerta. Dado que una membrana celular viva puede limitar de este modo la difusión de algunas moléculas, decimos que la membrana es selectivamente permeable.

La diálisis es una forma de difusión en la que la naturaleza selectivamente permeable de la membrana hace que las partículas disueltas más pequeñas de un soluto se separen de otras mayores. Solutos son las partículas disueltas en un solvente. El soluto y el solvente forman juntos una mezcla llamada solución.

La ósmosis se trata de la difusión del agua a través de una membrana selectivamente permeable; limita la difusión de al menos algunas de las partículas del soluto. La adicción de volumen a una célula mediante ósmosis aumenta su presión, lo mismo al añadir volumen a un balón de agua aumenta la presión del mismo. La presión hidrostática que se desarrolla como consecuencia de la ósmosis se denomina presión osmótica.

La presión osmótica potencial es la máxima presión que se puede desarrollar en una solución cuando está separada del agua pura por una membrana selectivamente permeable; el conocimiento de la presión osmótica potencial permite predecir la dirección de la ósmosis y la variación de la presión resultante.

Se afirma que cuando dos líquidos tienen la misma presión osmótica potencial son isotónicos.

Hipertónico quiere decir “presión más alta”; las células que se encuentran en soluciones hipertónicas para el líquido intracelular siempre se contraen a medida que el agua sale de las mismas; este hecho tiene gran importancia médica: si el tratamiento médico hace que el líquido extracelular se haga hipertónico para las células del cuerpo, se pueden producir graves lesiones.

Hipotónico significa “presión más baja”; las células que se encuentran en una solución hipotónica pueden hincharse a medida que el agua penetra en ellas; en la ósmosis, el agua siempre circula de la solución hipotónica a la hipertónica.

La ósmosis provoca un aumento de volumen a un lado de la membrana, con pérdida al otro lado de la misma.

La difusión facilitada es un tipo especial de difusión en el cual el movimiento de las moléculas se facilita gracias a los mecanismos de transporte de la membrana celular. Transporta las sustancias a favor del gradiente de concentración. La energía necesaria proviene de la energía de colisión del soluto, por lo que se trata simplemente de un transporte pasivo mediado por un elemento transportador.

La filtración implica el paso del agua y solutos permeables a través de una membrana por la fuerza de la presión hidrostática. La presión hidrostática es la fuerza o peso que un líquido ejerce contra una superficie. Las pequeñas moléculas se desplazan a favor del gradiente de presión hidrostática y a través de una capa de células. La filtración da lugar a que las partículas grandes se separen de las pequeñas. La filtración es muy frecuente en los capilares.

Procesos de transporte activo

Precisan consumo de energía metabólica por la célula. Es un proceso mediado por un transportador, que mueve las sustancias contra su gradiente de concentración (la sustancia se mueve de una zona de baja concentración a otra de concentración más alta). Las moléculas no se desplazan por sí solas cuesta arriba (igual que una pelota, no rueda “cuesta arriba” por sí misma). Las moléculas solo se desplazan cuesta arriba si son forzadas por mecanismos de transporte, alimentados por energía celular. Es lo contrario de la difusión. Las sustancias son movidas por “bombas” (por ejemplo, bombas de calcio y bombas de sodio-potasio).

Como las bombas de transporte activo, la endocitosis y la exocitosis precisan consumo de energía metabólica por la célula. Difieren de los mecanismos de bombas en que permiten que las sustancias salgan o entren de la célula sin moverse realmente a través de la membrana plasmática.

En la endocitosis, la membrana plasmática “atrapa” algún material extracelular y lo transporta al interior de la célula en una vesícula; hay dos tipos básicos de endocitosis:

• Fagocitosis: “célula comiendo”; las grandes partículas son englobadas por la membrana plasmática y entran en la célula en vesículas; éstas se funden con los lisosomas, donde las partículas son digeridas.
• Pinocitosis: “célula bebiendo”; los líquidos y las sustancias disueltas en ellos penetran en la célula.

La exocitosis es el proceso por el cual grandes moléculas, sobre todo proteínas, pueden salir de la célula, aunque sean demasiado grandes para hacerlo a través de la membrana plasmática. Las grandes moléculas son encerradas en vesículas membranosas que después son empujadas hacia la membrana plasmática por el citoesqueleto, liberando allí su contenido. La exocitosis también ofrece una forma de incorporar nuevos materiales a la membrana plasmática.

Metabolismo celular

El metabolismo es el conjunto de reacciones químicas que tienen lugar en una célula. Las dos vías metabólicas son el catabolismo (degradación de moléculas grandes en otras más pequeñas; generalmente libera energía) y el anabolismo (síntesis de moléculas grandes a partir de otras más pequeñas; generalmente consume energía).

Papel de las enzimas

(Aceleran una reacción)

Las enzimas son catalizadores químicos, que reducen la energía de activación necesaria para una reacción. Las enzimas regulan el metabolismo celular.

Estructura química de las enzimas

Son proteínas de estructura compleja. Una característica estructural fundamental de la enzima es el sitio activo, el cual es la región de la molécula de enzima que se fija a la molécula de sustrato (el sustrato es la molécula sobre la que actúa una enzima). Los bioquímicos lo describen como “modelo de cerradura y llave”(la configuración de la molécula de enzima se adapta a la configuración de alguna parte de la molécula de sustrato).

Clasificación y nomenclatura de las enzimas

El nombre de las enzimas generalmente termina en “asa”, de manera que la primera parte de la palabra se refiere al sustrato o al tipo de reacción catalizada:

v  Enzimas de oxidación y reducción: conocidas como oxidasas, hidrogenasas y deshidrogenasas; la liberación de energía depende de estas enzimas.

v  Enzimas hidrolizantes: hidrolasas; las enzimas digestivas pertenecen a este grupo.

v  Enzimas fosforilantes: fosforilasas o fosfatasas; añaden o eliminan grupos fosfatos.

v  Enzimas que añaden o eliminan dióxido de carbono; carboxilasas o descarboxilasas.

v  Enzimas que reorganizan átomos en el interior de una molécula: mutasas o isomerasas.

v  Las hidrasas añaden agua a una molécula sin escindirla.

Funciones generales de las enzimas

Las enzimas regulan funciones celulares mediante la regulación de vías metabólicas. Las enzimas son específicas en sus acciones. Diversos agentes químicos y físicos, conocidos como efectores alostéricos, alteran la acción enzimática al modificar la estructura de la molécula de enzima; algunos ejemplos de efectores alostéricos son:

• Temperatura.
• Concentración de iones de hidrógeno
• Radiaciones ionizantes
• Cofactores
• Productos finales de determinadas vías metabólicas.

La mayoría de las enzimas catalizan una reacción química en ambas direcciones. Las enzimas se destruyen y se reemplazan continuamente. Muchas enzimas se sintetizan en primer lugar como proenzimas inactivas.

Catabolismo

La respiración celular es una de las vías metabólicas más importante. La respiración celular es el proceso por el cual la glucosa se desdobla para ceder su energía almacenada; posee tres vías que se encuentran químicamente relacionadas:

• Glucólisis.
• Ciclo del ácido cítrico.
• Sistema de transporte de electrones.

La glucólisis es una vía catabólica en donde la glucosa se desdobla en dos moléculas de ácido pirúvico para originar una pequeña cantidad de energía (que se transfiere a ATP y NADH). La glucólisis tiene lugar en el citosol de las células, fuera de cualquier organela. Incluye numerosos pasos químicos (reacciones que se siguen unas a otras), regulados cada uno por enzimas específicas. Es anaerobia (no requiere oxígeno).

La siguiente fase de respiración celular aerobia es el ciclo del ácido cítrico (ciclo de Krebs). El ácido pirúvico (procedente de la glucólisis) se convierte en acetil CoA y penetra en el ciclo del ácido cítrico tras perder CO2 y transferir parte de energía al NADH. El ciclo del ácido cítrico es una secuencia repetida (cíclica) de reacciones que tienen lugar en la cámara interna de las mitocondrias. El grupo acetilo se escinde del CoA y se degrada, produciendo CO2 y energía (en la forma de electrones activados), que se transfiere al ATP, al NADH y al FADH2.

En el sistema de transporte de electrones (STE) se transportan electrones activados por el NADH y el FADH2 procedentes de la glucólisis y el ciclo del ácido cítrico hacia aceptores de electrones incluidos en las crestas de las mitocondrias. A medida que los electrones se disponen a lo largo de una cadena de moléculas aceptadoras de electrones en las crestas, su energía se utiliza para impulsar protones hacia el espacio presente entre las membranas mitocondriales. Los protones refluyen a la cámara interna a través de moléculas transportadoras en las crestas, y su energía de movimiento se transfiere al ATP. Los electrones de baja energía resultantes del STE se ligan al oxígeno y unen de nuevo sus protones, formando agua (H2O).

La vía de respiración aerobia precisa un aporte de glucosa y oxígeno y, por la acción de enzimas específicas, coenzimas y otras moléculas, produce una salida de dióxido de carbono, agua y el objetivo bioquímico real, energía en forma de ATP.

Anabolismo

La síntesis de proteínas es una vía anabólica central de las células. Es importante porque en primer lugar se comienza con la lectura del “código maestro” genético en el ADN celular. El código genético determina la estructura de cada proteína que produce la célula (el ADN actúa transfiriendo información, codificada en forma de genes, que dirige la síntesis de proteínas). Gen es un segmento de la molécula de ADN que consta aproximadamente de 1000 pares de nucleótidos y contiene el código para sintetizar un polipéptido.

En el proceso de transcripción se forma un ARNm a lo largo de un segmento de un filamento de ADN. Tan pronto como se ha formado el ARN mensajero, se separa del ADN, difunde fuera del núcleo y transporta un mensaje a un ribosoma en el citoplasma celular, dirigiéndose la síntesis de un polipéptido específico. La síntesis de la molécula de ARNm suele denominarse transcripción, ya que en realidad copia o “transcribe” una parte del código ADN.

En la traducción, tras dejar el núcleo y ser editado, el ARNm se asocia con un ribosoma en el citoplasma. Las moléculas de ARNt llevan (transportan) aminoácidos específicos al ARNm en el ribosoma; el tipo de aminoácido está determinado por la adaptación entre un anticodón de ARNt específico y un codón de ARNm.

Codón es la información genética, contenida en el ARNm, se escribe a partir de cuatro letras, que corresponden a las bases nitrogenadas del ARN (A, C, G y U), las cuales van agrupadas de tres en tres. Cada grupo de tres se llama codón y lo que hace es codificar un aminoácido o un símbolo de puntuación (comienzo, parada). Anticodón, en genética, es la secuencia de nucleótidos ubicada en el ARNt, complementaria al codón ubicado en el ARNm.

ADN (1)   ARNt

                                                                                  

       ARNm (codón) (2)   (anticodón) (3)

 Ej: TCG – CGA (1)

2)       AGC – GCU                     No hay codón ni anticodón que tenga T sino U

3)       UCG – CGA

Crecimiento y reproducción de las células

El crecimiento y la reproducción de las células son las funciones vitales más importantes y forman juntas el ciclo vital de la célula. El crecimiento celular depende de la utilización de la información genética del ADN para producir las proteínas estructurales y funcionales necesarias para la supervivencia de la célula.La reproducción celular garantiza que la información genética se transmite de una generación a la siguiente.

En el crecimiento celular la célula recién formada produce una serie de moléculas y otras estructuras necesarias para el crecimiento mediante la información contenida en los genes de las moléculas de ADN; esta fase se denomina interfase.

A medida que la célula crece, debe producir citoplasma adicional y la membrana plasmática necesaria para contenerlo. Un mecanismo por el que se produce este citoplasma adicional es la síntesis de proteínas. Se sintetiza más material celular, incluyendo el crecimiento y la replicación de organelas y membrana plasmática; un proceso anabólico muy amplio. Este proceso se denomina producción de citoplasma.

En la replicación del ADN, una molécula de ADN hace una copia de sí misma. Este proceso se hace de la siguiente manera:

1. El filamento de ADN se desarrolla y sus fibras se separan.
2. Junto a cada fibra separada se forma un filamento complementario.
3. Los dos nuevos filamentos se denominan cromátides en lugar de cromosomas.
4. Las cromátides se unen por pares y a su punto de unión se le conoce como centrómero.

La fase de crecimiento del ciclo vital celular puede subdividirse en primera fase de crecimiento (G1), fase de síntesis [ADN] (S) y segunda fase de crecimiento (G2).

En la reproducción celular las células se reproducen dividiéndose en dos células hijas más pequeñas. Este aspecto de reproducción celular o división celular se realiza mediante un proceso denominadomitosis. Durante la mitosis, la célula organiza ADN replicado en dos bloques idénticos y distribuye uno completo a cada una de las células hijas (la mitosis es un proceso de organización y distribución del ADN nuclear durante la división celular). Tiene cuatro fases distintas:

1)       Profase: “antes de la fase”. Una vez preparada la célula para la reproducción las cromátides se arrollan para formar cromosomas, que están en el centrómero. Mientras se forman los cromosomas, los pares de centríolos se mueven hacia los polos de la célula madre, formándose entre ellos las fibras del huso. Desaparecen los nucléolos y la membrana celular.

2)       Metafase: “fase de cambio de posición”. Los cromosomas se mueven, de tal modo que una cromátide de cada cromosoma esté frente a su respectivo polo. Cada cromátide se une a una fibra de huso.

3)       Anafase: “fase de separación”. El centrómero de cada cromosoma se desdobla, formando dos cromosomas, constituido cada uno por una sola molécula de ADN. Cada cromosoma es empujado hacia el polo más próximo, formando dos grupos separadas, pero idénticos, de información genética.

4)       Telofase: “fase final”. El ADN recupera su forma y su posición original dentro de la célula. La envoltura nuclear reaparece, encerrando cada nuevo juego de cromosomas. Desaparecen las fibras de huso. Una vez completada la telofase, cada célula hija comienza su interfase para desarrollarse hasta llegar a una célula madura.

La meiosis es el tipo de división celular que sólo se produce en las células sexuales primitivas durante su transformación en células sexuales maduras. Como consecuencia de la meiosis, las células sexuales primitivas (las espermatogonias en el varón y las oogonias en la hembra) se transforman en células maduras, denominadas gametos. Los gametos masculinos se denominan espermatozoos y los femeninos huevos. En el hombre, todas las células somáticas contienen 46 cromosomas. Ese total de 46 cromosomas por célula se denomina número diploide (par). Durante la meiosis el número diploide de cromosomas se reduce a 23 cromosomas, es decir, al número haploide.

La división meiótica se desarrolla en dos fases: meiosis I, durante la cual el número de cromosomas se reduce a la mitad, pero los pares de cromátides permanecen juntos, y la meiosis II, durante la cual las cromátides se separan finalmente. El resultado final de la fertilización es la fusión de dos gametos, cada uno de los cuales contiene el número haploide (23) de cromosomas. La fertilización da lugar a la formación de un cigoto, es decir, una célula diploide con 46 cromosomas, 23 de los cuales son aportados por cada padre. El cigoto es la primera célula de la descendencia humana. Sufrirá una división mitótica para formar dos células, luego cuatro, etc. Durante el desarrollo, las nuevas células hijas se especializarán o diferenciarán para constituir tipos celulares específicos que constituirán a su vez órganos específicos.

Ciclo vital: Las células

Los distintos tipos de células tienen diferentes ciclos vitales. El envejecimiento provoca cambios en el número de células y en su capacidad para funcionar con eficacia. Ejemplos de disminución de la capacidad funcional: la atrofia muscular, la pérdida de elasticidad de la piel y las alteraciones de los sistemas cardiovascular y respiratorio y del sistema esquelético.

Enfoque global: las células y el cuerpo como un todo

La mayor parte de los procesos celulares se producen simultáneamente en todas las células del cuerpo. Los procesos de la función celular normal son el resultado de la coordinación establecida por el código genético.

Módulo 4: Tejidos

Introducción

Los vertebrados, incluido el Homo sapiens, se caracterizan por poseer un endoesqueleto óseo articulado que incluye un cráneo y una columna vertebral que contienen al sistema nervioso central (cerebro y médula espinal). El cuerpo humano, al igual que el de otros mamíferos, contiene un celoma dividido por un músculo, el diafragma, en dos compartimientos principales: la cavidad abdominal y la cavidad torácica. Los seres humanos somos, por supuesto, mamíferos. Una de las características más importantes de los mamíferos es la endotermia, es decir, generan calor internamente y así mantienen una temperatura corporal alta y relativamente constante.

Las células del cuerpo de los vertebrados están organizadas en tejidos, grupos de células que desempeñan una misma función. Varios tipos de tejidos están agrupados formando sistemas de órganos. Los cuatro tipos principales de tejidos que constituyen el cuerpo de los vertebrados son: el tejido epitelial, el conectivo, el muscular y el nervioso. El epitelio constituye una cubierta para el cuerpo y sus cavidades. Las células de los tejidos conectivos están separadas unas de otras por grandes cantidades de material extracelular que conforman la matriz que fija y soporta el tejido. La matriz extracelular está formada por polisacáridos y proteínas secretados localmente que forman una intricada red. La sustancia fundamental, viscosa y amorfa, es el principal componente de la matriz. La matriz también contiene fibras. Las células musculares están especializadas en la contracción, que es llevada a cabo por ensambles de dos proteínas, la actina y la miosina. En el músculo estriado, que incluye el músculo esquelético y el cardíaco, estos ensambles forman un patrón de bandas, visible al microscopio. En el músculo liso no se observa un patrón de este tipo. Las células nerviosas o neuronas están especializadas en la recepción, procesamiento y transmisión de la información. Las neuronas están formadas típicamente por un cuerpo celular, dendritas y un axón. Las señales, en forma de impulsos electroquímicos, pueden ser conducidas rápidamente a grandes distancias por el axón. Las neuronas están rodeadas y sostenidas por células de la glía.

Diferencia entre tejido conectivo y tejido epitelial

El tejido conectivo contiene una matriz abundante con células dispersas, y es la matriz la que soporta toda la tensión que recibe el tejido. Las células están unidas a componentes de la matriz sobre los que se ejerce la tensión. En el tejido epitelial, en contraste, las células están fuertemente unidas formando capas, la matriz extracelular es escasa y la mayor parte del volumen está ocupado por células. En este caso, son las mismas células la que sufren las mayores tensiones. En algunos sitios del organismo, el epitelio de revestimiento y su tejido conectivo constituyen una unidad funcional llamada “membrana” (las membranas mucosas).

El tejido epitelial consiste en láminas continuas de células que proporcionan una cubierta protectora a todo el cuerpo y contienen terminaciones nerviosas sensoriales. Proporciona también una envoltura protectora para algunos órganos internos y forma las membranas que revisten el interior de los órganos, cavidades y canales. Cualquier sustancia que ingresa al organismo pasa a través de las células epiteliales y no entre ellas. En el epitelio, el espacio intercelular es muy escaso y no penetran vasos sanguíneos. Las células se mantienen muy juntas por medio de uniones especiales y, de acuerdo con su actividad, pueden constituir barreras casi impermeables (como la mucosa de la vejiga o la epidermis); pueden tener una función secretora (como en el estómago) o secretora y absortiva (como en el intestino). Otras células epiteliales especializadas en la síntesis y secreción de sustancias específicas para la exportación, frecuentemente se agrupan y forman glándulas. La morfología de un epitelio suele estar relacionada con su función. Por ejemplo, los epitelios que intervienen en la secreción o la absorción son simples, mientras que los que son impermeables suelen ser estratificados.

Hay tres tipos generales de uniones célula-célula que desempeñan un papel fundamental en el mantenimiento de la integridad:

• Desmosomas: son puntos de soldadura localizados que se encuentran en las caras laterales de las células. Los desmosomas, al unir una célula con otra, dan a los tejidos resistencia mecánica.
• Uniones estrechas: forman un cierre hermético continuo, con forma de anillo, alrededor de cada célula de una capa de tejido, en la porción más apical, y así mantienen muy unidas a las células. Estas uniones evitan el pasaje de agua y solutos (las células epiteliales del intestino).
• Zonula adherens: Si bien las uniones estrechas mantienen muy unidas a las células, no proporcionan gran resistencia a la tracción mecánica. El refuerzo en estas regiones depende de la zonula adherens, un sitio de enlaces fuertes ubicado por debajo de la unión estrecha. La zonula adherens consiste en pequeñas uniones puntuadas que conectan filamentos de actina de células adyacentes.

Tipos de epitelio

Clasificación

Escamoso simple

Cuboide simple

Cilíndrico simple

Seudoestratificado

Escamoso estratificado

Cuboide estratificado

Cilíndrico estratificado

Los tejidos conectivos reúnen, dan apoyo y protegen a los otros tres tipos de tejido. Las células del tejido conectivo están separadas unas de otras por grandes cantidades de material extracelular que conforman la matriz que fija y soporta al tejido. La matriz extracelular está formada por polisacáridos y proteínas secretados localmente que constituyen una intrincada red. La sustancia fundamental, viscosa y amorfa, es el principal componente de la matriz  ocupa el espacio entre las células y las fibras, que también forman parte de la matriz. Los diferentes tipos de fibras de la matriz son: 1) fibras de conexión y soporte, como las fibrillas de colágeno, un componente importante de la piel, los tendones, ligamentos, cartílagos y huesos; 2) fibras elásticas, que están entretejidas con fibras de colágeno, brindan resistencia al desgarro y se encuentran, por ejemplo, en las paredes de los vasos sanguíneos grandes; y 3) fibras reticulares, que forman redes en el interior de los órganos sólidos, como el hígado. Los tejidos conectivos se agrupan según las características de su matriz extracelular. Los principales tejidos conectivos, de acuerdo con el volumen que ocupan en el cuerpo humano, son: sanguíneo, linfático y óseo.

Tipos de tejido conectivo

Propiamente dicho

Conectivo laxo

Conectivo denso irregular

Conectivo denso regular

Especializado

Adiposo (blanco y pardo)

Óseo (compacto y esponjoso)

Cartilaginoso

Hemopoyético

Linfoide

Sanguíneo

Las células del tejido muscular están especializadas en la contracción. Hay dos tipos generales de tejido muscular: el músculo estriado –que bajo el microscopio tiene un aspecto de bandas– y el músculo liso, que no presenta bandas. El músculo liso rodea las paredes de los órganos internos, tales como los órganos digestivos, el útero, la vejiga y los vasos sanguíneos. Los músculos que mueven el esqueleto son estriados y, en algunas ocasiones, son llamados músculos voluntarios, dado que se pueden mover a voluntad. Un tipo especial de músculo estriado (el músculo cardíaco) constituye la pared del corazón. El músculo liso y el músculo cardíaco no están bajo el control voluntario directo, excepto en escasos individuos, por lo que se los incluye en la categoría de músculos involuntarios.

La contracción de las células musculares depende de la interacción de dos proteínas: la actina y la miosina. En los músculos esqueléticos y cardíaco, estas proteínas están dispuestas en ensambles regulares, repetidos que producen las estriaciones características. Aunque las células del músculo liso también contienen actina y miosina, las moléculas no están dispuestas en ensambles regulares y, por lo tanto, no forman un patrón estriado. Las células del músculo listo tienen forma de huso y son mononucleadas. En el aspecto funcional, el músculo liso se contrae mucho menos rápidamente que el músculo estriado esquelético y sus contracciones son más prolongadas (no está bajo control voluntarios).

El cuarto tipo principal de tejido es el tejido nervioso. Las unidades funcionales del tejido nervioso son las neuronas, que transmiten impulsos nerviosos. Los tejidos nerviosos también contienen otro tipo de células, conocidas como células de la glía, que no participan directamente en la producción de impulso nervioso, pero que son imprescindibles para el correcto funcionamiento de las neuronas.

Organización del Sistema Nervioso

1)- Mencione los dos grupos del sistema nervioso.

El sistema nervioso se divide en células nerviosas (neuronas) y células de sostén. Las primeras se especializan en el señalamiento eléctrico. Las segundas no producen señalamiento eléctrico.

2)- Describa la morfología de una neurona y la función de cada una de sus partes.

                La neurona tiene un cuerpo celular que contiene un núcleo, el retículo endoplásmico, los ribosomas, el aparato de Golgi, las mitocondrias y otras organelas. Las neuronas se especializan en la intercomunicación celular, denominada sinapsis, a través de unas prolongaciones denominadasdendritas. Las dendritas (junto con el cuerpo celular) proporcionan sitios para los contactos sinápticos que realizan las terminaciones de las otras células nerviosas y, por lo tanto, se las pueden considerar especializas en recibir información. La porción de la célula nerviosa especializada en la conducción de señales se llama axón.

3)- Mencione ejemplos de neuronas con morfología especiales.

Existen neuronas en su minoría que presentan morfologías especiales. Algunas carecen de dendritas, otras neuronas presentan “arborizaciones” de dendritas que rivalizan en complejidad con un árbol maduro, en otras sus ramificaciones son de gran longitud, y además existen neuronas con dendritas de corta prolongación. También están las neuronas que poseen axones con pocos milímetros de largo, y otras ni siquiera cuentan con axones. Algunos ejemplos son: las neuronas en el núcleo mesencefálico del nervio craneano, la célula bipolar de la retina, la célula ganglionar de la retina, la célula amacrina de la retina, la célula piramidal cortical, las células de Purkinje del cerebelo, etc.

4)- Explique la sinapsis ¿Qué tipos de sinapsis hay?

La sinapsis (del gr. σύναψις, "enlace") es el proceso de comunicación entre neuronas. Se inicia con una descarga química que origina una corriente eléctrica en la membrana de la célula presináptica (célula emisora); una vez que este impulso nervioso alcanza el extremo del axón, la propia neurona segrega un tipo de proteínas (neurotransmisores) que se depositan en el espacio sináptico, espacio intermedio entre esta neurona transmisora y la neurona postsináptica (receptora). Estos neurotransmisores son los encargados de excitar o inhibir la acción de la otra neurona.

5)- Describa la morfología de las células gliales y su función ¿Cuáles son los tipos de células de la glía en el SNC y en el SNP?

                Las células gliales no participan directamente en el señalamiento eléctrico, aunque algunas de sus funciones de sostén pueden ayudar a mantener las capacidades de señalamiento de las neuronas. Son más abundantes que las neuronas, más pequeñas y carecen de axón y dendritas. Los papeles de las glías incluyen el mantenimiento del medio iónico de las células nerviosas, la modulación de la velocidad de propagación de la señal nerviosa, la modulación de la acción sináptica y el auxilio en la recuperación de la lesión nerviosa. En el SNC existen tres tipos de glías: astrocitos, oligodendrocitos y las células de la microglía. En el SNP están las células de Schawn.

6)- Mencione las divisiones anatómicas del SNC y SNP ¿Cuáles son los dos componentes anatómicos principales del SNP?

                El sistema nervioso central comprende el encéfalo (cerebro, cerebelo y tronco encefálico) y la médula espinal. El sistema nervioso periférico incluye las neuronas sensitivas, que conectan al encéfalo y a la médula espinal con los receptores sensitivos; y las neuronas motoras que conectan al encéfalo y la médula espinal con los músculos y las glándulas. Los componentes anatómicos principales del SNP son: los ganglios, que son acumulaciones de cuerpos de células nerviosas y células de sostén, y los nervios, los cuales son un conjunto de fibras nerviosas o axones, asociadas en fascículos por medio de tejido conjuntivo.

7)- ¿Cómo es la superficie de los hemisferios cerebrales?

                La superficie de los hemisferios cerebrales es altamente plegada. Las crestas se conocen como circunvoluciones, los valles como surcos o, si son especialmente profundos, cisuras. Toda la superficie plegada de los hemisferios comprende una cáscara laminada de neuronas y células de sostén de 2 mm de espesor denominada corteza cerebral.

8)- Cada hemisferio cerebral está dividido en cuatro glóbulos ¿Cómo se denominan y qué función se relaciona con cada uno?

                Cada hemisferio cerebral se divide en cuatro lóbulos: lóbulo frontal, parietal, temporal yoccipital. El lóbulo temporal se relaciona con la audición, el lóbulo occipital se relaciona con la visión. El lóbulo frontal es fundamental para planificar la conducta, el lóbulo parietal para prestar atención a estímulos importantes, el lóbulo temporal para reconocer objetos y rostros, y el lóbulo occipital en distintos análisis visuales.

9)- ¿Cuáles son las regiones en las que se divide la columna vertebral y la médula espinal? ¿Cuántos pares de nervios espinales tienen cada región?

                La médula espinal se localiza en el conducto raquídeo y en el adulto se extiende desde la primera vértebra cervical hasta alrededor del nivel de la duodécima vértebra torácica. La columna vertebral y la médula espinal están divididas en las regiones cervical, torácica, lumbar, sacra y coccígea. Los nervios periféricos que inervan la mayor parte del cuerpo surgen de la médula espinal como 31 pares de nervios espinales segmentarios. La región cervical de la médula espinal da origen a ocho nervios cervicales, la torácica a 12 nervios torácicos, la lumbar a 5 nervios lumbares, la sacra a 5 nervios sacros y la coccígea de 1 nervio coccígeo.

10)- ¿Qué es sustancia blanca y sustancia gris?

                La corteza cerebral, sea cerebral, cerebelosa o del hipocampo, está compuesta por los cuerpos celulares de las neuronas, sus dendritas, las arborizaciones terminales de los axones y las células gliales. Esta colección de células y prolongaciones se denomina sustancia gris. Los axones que ingresan a la corteza, así como los que abandonan, forman la sustancia blanca, que constituye gran parte del tejido subcortical de los hemisferios.

11)- ¿Qué son las meninges? ¿Cuáles son sus capas, dónde se ubica el líquido cefalorraquídeo? ¿Cuál es su función?

                Por debajo del revestimiento óseo del cráneo se localizan tres capas de tejido protector, las cuales se extienden hacia abajo en el tronco encefálico y la médula espinal. Estas capas se denominanmeninges. La capa más externa de las meninges se denomina duramadre porque es gruesa y resistente. La capa media es la aracnoides, por las prolongaciones aracniformes. La tercera capa, la piamadre, una capa delicada y delgada de células que envuelve íntimamente la superficie del encéfalo. El espacio entre la aracnoides y la piamadre (el espacio subaracnoideo) está lleno con líquido cefalorraquídeo, que ayuda a amortiguar al encéfalo en el interior de la cavidad craneana.

12)- ¿Qué es la barrera hematoencefálica y cuáles son sus funciones?

                La barrera hematoencefálica es una barrera entre los vasos sanguíneos y el encéfalo. La barrera impide que muchas sustancias tóxicas la atraviesen, al tiempo que permite el pasaje de nutrientes y oxígeno. De no existir esta barrera muchas sustancias nocivas llegarían al cerebro afectando su funcionamiento y tornando inviable al organismo. Las células de la barrera poseen proteínas específicas que transportan de forma activa sustancias como la glucosa a través de la barrera.

Módulo 5: Anatomía Normal

Consideraciones generales sobre la anatomía del hombre

La anatomía es la ciencia de la estructura del cuerpo. La anatomía que describe y muestra su organización es la anatomía descriptiva; la que expone su disposición recíproca en las diferentes regiones es la anatomía topográfica; la que indica las relaciones que tienen las formas y sus funciones es la funcional.

Se habla de sagital cuando un órgano (o un plano) está orientado de adelante hacia atrás; frontal, de un órgano o un objeto situado en un plano paralelo a la frente; transversal, cuando el plano es horizontal. La extremidad de un elemento anatómico se llama craneal o caudal según que esté orientada hacia el cráneo o hacia la extremidad inferior del tronco. El término proximal concierne a la parte mas cercana a su raíz mientras que la parte distal es la más lejana.

Todos los órganos que tienen una estructura análoga constituyen un sistema, y todos los sistemas que concurren en una misma función forman un aparato.

Se distinguen en el cuerpo del hombre tres clases de aparatos: los aparatos de la vida de relación, los aparatos de la nutrición y el aparato de la generación.

Aparatos de relación: Locomoción, inervación, sensorial. 

Aparato de la locomoción: Esqueleto, articulaciones, músculos.

Aparato de locomoción

Esqueleto: forma el armazón del cuerpo. Sirve de órgano de sostén de las partes blandas y forma verdaderas palancas sobre las cuales actúan los músculos. El esqueleto está constituido por órganos blancos y duros, los huesos, unidos entre sí por articulaciones. En el esqueleto se distingue:

• Una columna medial, la columna vertebral o raquis.
• Las costillas, el esternón y las vértebras que constituyen la caja torácica.
• La cabeza (cráneo y cara).
• Los miembros superiores e inferiores (el conjunto formado por los huesos iliacos y el sacro constituyen la pelvis).

                Los huesos son más de 200.

Configuración externa de los huesos: según sus características se dividen en tres grupos: huesos largos, planos y cortos.

Huesos largos: su dimensión y longitud predomina sobre las otras dos. Diáfisis (largos) y epífisis(abultados).

Huesos planos: se caracterizan por la longitud y la anchura (sobre el espesor).

Huesos cortos: son aquellos en los cuales las tres dimensiones son sensiblemente iguales

Eminencias o apófisis y cavidades de los huesos: La superficie de los huesos presentan salientes o depresiones, que pueden diferenciarse como eminencias y cavidades articulares, y, eminencias y cavidades no articulares. Las eminencias y cavidades articulares son las superficies por las cuales los huesos se unen entre sí. Las eminencias no articulares se identifican con los términos tubérculo, espina, cresta o línea. Dan la superficie ósea a los tendones.

Agujeros vasculares y conductos nutricios de los huesos: Se encuentran en la superficie de los huesos numerosos orificios, los agujeros vasculares, que dan acceso a los conductos nutricios de los huesos.

Constitución de los huesos: están formados por tejidos compactos y tejidos esponjosos. Eltejido compacto forma en la periferia de los huesos una capa continua. Este se localiza en porciones externas de todos los huesos y ramificaciones de los huesos largos. Poseen una estructura dura y predomina matriz ósea. Su función es evitar que los huesos sean rotos o fácilmente astillados.

El tejido esponjoso está incluido dentro del tejido compacto. Está formado por láminas óseas que limitan aréolas en comunicación entre sí y llenas de médula ósea. Están formados por delgadas trabéculas que en los huesos ya formados, corresponden al tejido óseo laminar rodeadas por células de revestimiento óseo. Este se localiza  en el interior de los huesos del cráneo, vértebras, esternón y pelvis y también al final de los huesos largos. Su estructura es en forma de redes similares a una esponja caracterizada por trabéculas, en donde se ubican los osteocitos; y su función es actuar como andamio que provee rigidez y soporte en la mayoría del tejido compacto.

                En los huesos largos, el cuerpo está constituido por una vaina de tejido compacto. Limita a una cavidad llamada conducto medular. Los huesos planos están formados por dos láminas de tejido compacto, entre las cuales hay una capa más o menos gruesa de tejido esponjoso. En los huesos de la bóveda craneal, las dos láminas de tejido compacto se llaman tabla interna y tabla externa; la capa esponjosa intermedia se llama diploe. Los huesos cortos se componen de una delgada capa de tejido compacto que rodea al tejido esponjoso.

Periostio: Es una membrana fibrosa, blanquecina, que recubre a los huesos, salvo en las superficies articulares. Posee una función esencial en el desarrollo y en la vascularización de los huesos.

Vascularización e inervación de los huesos: las arterias nutricias de los huesos son de tres órdenes. Los huesos largos y los huesos planos poseen sólo un conducto nutricio de primer orden en el cual se introduce la arteria nutricia principal de los huesos. En los huesos largos, esta arteria penetra en el conducto medular y se divide en dos ramas. Las venas y los nervios siguen el trayecto de las arterias.

1)- Osificación[1] endocondral: En ciertas partes del esbozo cartilaginoso y en períodos determinados de su desarrollo, se producen modificaciones histológicas en los llamados puntos de osificación (se extienden y transforman casi toda la pieza cartilaginosa en tejido óseo). El primer punto de osificación que aparece en el bosquejo cartilaginoso de un hueso se llama punto primitivo, primario o principal (aparece en la parte media del hueso y forma la diáfisis). Los otros puntos son llamados puntos secundarios o complementarios (aparecen más tarde y forman ciertas apófisis).

Cartílagos de crecimiento: delgada capa de cartílagos que separan durante todo el desarrollo y crecimiento del hueso al punto diafisario de los puntos epifisarios.

Osificación perióstica: membrana conjuntiva que envuelve al cartílago (pericondrio).

Crecimiento de los huesos: el crecimiento de los huesos en longitud se efectúa en su mayor parte a nivel del cartílago de conjugación (crecimiento). El cartílago de crecimiento subsiste hasta que los huesos alcancen su completo desarrollo. Cada  hueso largo tiene dos cartílagos de crecimiento, pero uno es más activo que el otro. Se denomina epífisis fértil a la que están en relación al cartílago más activo. El cartílago de conjugación o crecimiento no interviene sólo en el crecimiento de los huesos.

Formación del conducto medular: en los huesos largos, a medida que la diáfisis se engruesa por oposición de capas óseas sucesivas de origen perióstico, en su parte central se localizan fenómenos de reabsorción. La osificación endocondral desaparece en la diáfisis; después el proceso de reabsorción se extiende a las capas más profundas del hueso perióstico. Así se forma una cavidad que se extiende a todo lo largo de la diáfisis, es el conducto medular.

2)- Osificación fibrosa: los huesos de la bóveda del cráneo y de la cara no están precedidos por un esbozo cartilaginoso. Los puntos de osificación de estos huesos se desarrollan directamente en el tejido conjuntivo embrionario. A estos huesos desarrollados por osificación fibrosa, se los denomina huesos de membrana.

Articulaciones: se llaman articulaciones o junturas al conjunto de elementos por medio de los cuales los huesos se unen entre sí. Se dividen en tres clases principales: Articulaciones inmóviles o sinartrosis; articulaciones seminmóviles o anfiartrosis; articulaciones móviles o diartrosis.

• Sinartrosis: se caracterizan por tener sus superficies articuladas unidas por cartílago, si los huesos se han formado por osificación endocondral (sincondrosis); o por tejido fibroso (sutura), si los huesos se han desarrollado directamente en el tejido conjuntivo.
• Anfiartrosis: las superficies articulares, planas o cóncavas recubiertas por cartílagos se unen por medio de un ligamento interóseo, fibroso o fibrocartilaginoso, situado en las superficies articulares.
• Diartroanfiartrosis: son articulaciones intermedias entre las diartrosis y las anfiartrosis.
• Diartrosis: presentan superficies articulares lisas, separadas por una cavidad articular y móviles unas sobre otras; una cápsula articular y ligamentos; una sinovial.

Superficies articulares: están revestidas por cartílago articular (o de revestimiento). Presentan una superficie libre, lisa y pulida. Sólido, flexible, elástico y liso, el cartílago articular facilita los deslizamientos, protege la superficie ósea e impide el desgaste de los huesos.

Cápsula articular y ligamentos: mantienen a las superficies articulares en contacto. La cápsula articular es un manguillo fibroso que se inserta alrededor de las superficies articulares. La inserción capsular se efectúa siempre más allá de las superficies articulares.

                La cápsula articular presenta en algunas de sus partes engrosamientos llamados ligamentos, que se disponen donde la cápsula debe presentar mayor resistencia. No todos los ligamentos son engrosamientos capsulares.

Sinovial: es una membrana delgada, transparente, aplicada a la cara interna de la cápsula articular y que hace cuerpo con ella.

                Franjas sinoviales: prolongaciones que sobresalen en la cavidad articular formadas por tejido conjuntivo muy vascularizado. Sirven para ocupar los espacios libres que se producen entre las superficies articulares en ciertos movimientos de la articulación.

                Sinovia: las superficies articulares están continuamente lubricadas por un líquido incoloro, viscoso, filante. La sinovia facilita el deslizamiento de las superficies articulares.

                Prolongaciones externas de la sinovial: son el resultado de la unión con la sinovial de una bolsa serosa peritendinosa, primitivamente independiente.

Clasificación de las diartrosis. Seis géneros:

1. La enartrosis: cuyas superficies articulares son segmentos de esfera, una convexa y otra cóncava.
2. La condílea: las superficies articulares son segmentos de elipsoide, uno convexo y otro cóncavo.
3. La de encaje recíproco: superficies articulares que son cóncavas en un sentido y convexas en el otro, la concavidad de una se opone a la convexidad de la otra.
4. La troclear: donde una de las superficies tiene forma de polea.
5. La trocoide: en la cual las superficies son segmentos de cilindro, uno convexo y otro cóncavo.
6. La artrodia: las superficies articulares son planas.

Anatomía funcional de las diartrosis: las diartrosis son articulaciones móviles. Son el sitio de movimientos pasivos o activos según que las superficies articulares en contacto, se desplacen por la acción de una fuerza exterior o por contracción de los músculos. También pueden clasificarse desde el punto de vista mecánico en articulaciones con uno (trocleares y trocoides), dos (condílea y por encaje recíproco) y tres ejes (enartrosis). La artrodia se desliza sin eje.

Músculos: Son órganos dotados de la propiedad de contraerse. Se dividen en dos grupos: 1) los músculos rojos, músculos estriados, músculos voluntarios o de la vida animal; 2) los músculos blancos, lisos, involuntarios o músculos de la vida vegetativa. Estos dos grupos de músculos difieren en su configuración, estructura, características, su función e inervación.

Configuración exterior: un músculo estriado está compuesto por dos partes: una gruesa, blanda y roja, es la parte contráctil, muscular o carnosa; ocupa la parte media del músculo y por esta razón se llama cuerpo o vientre. La otra, más estrecha, más densa, resistente, blanca, es la parte tendinosa, y forma las extremidades del músculo. Los músculos pueden ser simples, formados por un cuerpo cavernoso, o compuestos, porque tienen sus cuerpos musculares divididos en dos o más vientres. Las inserciones tendinosas se forman en los músculos que reciben muchos nervios.

Inserciones de los músculos: los músculos se fijan por medios de sus tendones. La superficie de la inserción puede ser ósea, cartilaginosa, aponeurótica o cutánea. La inserción se efectúa mediante fibras carnosas, cuando la superficie de fijación es lisa. Los tendones o láminas tendinosas se fijan sobre salientes o depresiones. Se dividen en inserción fija (de origen) y móvil (terminal).

Textura de los músculos. Textura del cuerpo carnoso: La fibra muscular se localiza en la prolongación de la fibra tendinosa.

Tendones: transmiten la fuerza desarrollada por el músculo. El dispositivo helicodeal da al tendón una cierta elasticidad, gracias a la cual los efectos de la fuerza se transmiten sin choques y, por consiguiente, sin pérdida ni daños.

Bolsas serosas: se denominan bolsas serosas a membranas conjuntivas que limitan una cavidad cerrada por todas partes, y cuya función es facilitar el deslizamiento de los órganos a los cuales van anexas.

Aponeurosis: las aponeurosis de revestimiento son membranas fibrosas que envainan a los músculos y los separan de los órganos vecinos. Las aponeurosis de inserción son tendones aplanados, membranosos, anexos a los músculos anchos y planos.

Aparato de inervación

            Regula el funcionamiento de todos los otros aparatos. Se distinguen en dos sistemas nerviosos: el sistema cerebro espinal, o sistema nervioso de la vida de relación y el sistema nervioso órganovegetativo o sistema nervioso de la vida vegetativa.

Sistema nervioso cerebroespinal: a) sistema nervioso central; b) sistema nervioso periférico.

La parte central, llamada sistema nervioso central, es una voluminosa masa de nervios contenida en la cavidad craneal y en el conducto raquídeo. Se divide en dos segmentos: superior, el encéfalo (ocupa la cavidad craneal); inferior, la médula espinal (situada en el conducto raquídeo).

La parte periférica está formada por cordones nerviosos, los nervios, que conectan los órganos con el sistema nervioso central.

Constitución general: el sistema nervioso central se compone de dos partes llamadas (debido a su decoloración) sustancia gris y sustancia blanca. Los nervios están totalmente formados por sustancia blanca.

Célula nerviosa o neurona: todo el sistema nervioso está formado por neuronas. Una célula nerviosa está constituida por un cuerpo celular que contiene un núcleo y por prolongaciones que emanan del cuerpo celular. El cuerpo celular ocupa la sustancia gris de los centros.

Fisiología general de las neuronas: el cuerpo celular de las neuronas posee una función trófica. Las fibras nerviosas separadas de su cuerpo celular se degeneran. Todas las partes de la neurona poseen una función conductora.

Nervios: son cordones blancos que enlazan las diferentes partes del organismo con el sistema nervioso central. Los nervios relacionados con la médula espinal se llaman nervios raquídeos; los que están en continuidad con el encéfalo se denominan nervios craneales.

Nervios raquídeos: existen 31 pares de nervios raquídeos (nervios cervicales, dorsales, lumbares, sacros y uno coccígeo). Cada nervio raquídeo se desprende de la médula por medio de dos raíces; una anterior, motora; y otra posterior, sensitiva. La raíz posterior presenta en su trayecto un abultamiento, el ganglio espinal. El nervio raquídeo, formado por la fusión de una raíz motora y de una raíz sensitiva, es mixto, es decir, sensitivomotor.

Nervios craneales: 12 pares (exceptuando nervios ópticos, de olfato y acústicos; que no se pueden propiamente denominar nervios). Los nervios craneales son sensitivo motores o solamente motores. Están constituidos igual que los nervios raquídeos.

Sistema nervioso de la vida vegetativa u órgano vegetativo: se compone de dos sistemas opuestos, el sistema simpático y el sistema parasimpático. Ambos sistemas comprenden dos pares: una central y una periférica.

                La parte central se encuentra junta con los centros del sistema cerebroespinal. La parte periférica está formada por nervios y ganglios.

Ramos comunicantes: unen los ganglios de la cadena simpática con el sistema cerebroespinal.

Nervio sinuvertebral: ramo nervioso destinado al contenido del conducto raquídeo y a la columna vertebral. Está formadaza por dos raíces, una cerebro espinal y la otra procede de la cadena simpática.

Anastomosis y plexos nerviosos: las anastomosis nerviosas se llevan a cabo por medio de fascículos nerviosos que van de un nervio a otro. Forman un entrelazamiento de cordones o filetes llamados plexos nerviosos.

Aparato sensorial

Representado por los órganos de los sentidos. Estos reciben las impresiones del mundo exterior, las cuales son transmitidas por los nervios al sistema nervioso central, donde las impresiones recibidas se transforman en sensaciones.

Los órganos de los sentidos son: el órgano del tacto, el del gusto, del olfato, de la vista y de la audición. Cada uno de ellos se compone de elementos nerviosos receptores y de un aparato destinado a proporcionar a estos elementos las mejores condiciones de receptividad. El elemento receptor es una célula nerviosa, la célula sensorial o célula estética. El órgano del tacto, es decir la piel, reviste toda la superficie del organismo.

Configuración de la piel: la superficie de la piel presenta orificios, surcos y salientes. Entre los orificios unos ponen en comunicación las vías digestivas, respiratorias, genitales y urinarias con el exterior. Otros son los orificios de las glándulas cutáneas (mamarias, sudoríparas y sebáceas).

Los pliegues y surcos se dividen en pliegues de estructura, pliegues de locomoción y surcos interpapilares.

Los salientes de la superficie de la piel son unos permanentes y otros temporales.

Constitución: la piel está constituida por una lámina epitelial, la epidermis, y una membrana conjuntiva, la dermis. La epidermis recubre a la dermis, y se amolda a todas las irregularidades de la superficie dérmica (papilas, surcos, etc.).

La fascia superficialis es una membrana fibrosa o fibrocelular que limita profundamente al panículo adiposo.

El tejido celular subcutáneo está situado por debajo de la fascia superficialis, y la separa de la aponeurosis. Está formada por láminas superpuestas apiladas muy oblicuamente una sobre la otra, y que limitan entre si espacios subjuntivos. En este tejido celular subcutáneo caminan las principales ramificaciones vasculares y nerviosas subcutáneas.

Aparatos de nutrición

1)- Digestivo; 2) circulatorio; 3) respiratorio; 4) urinario.

Aparato digestivo. Dos partes: 1- tubo digestivo, en el cual las materias alimenticias sufren transformaciones que los hacen asimilables; 2- glándulas cuyos productos de secreción contribuyen a la digestión de los materiales alimenticios.

El tubo digestivo es un conducto continuo, abierto en sus dos extremidades. Comienza en la boca y termina en el ano. Se divide en varios segmentos: boca, faringe, esófago, estómago, intestino delgado e intestino grueso.

Las glándulas anexas al tuvo digestivo son las glándulas salivales, el páncreas y el hígado.

Aparato circulatorio: los cambios nutritivos están asegurados por la sangre y la linfa. La sangre deja en los tejidos materiales de nutrición al mismo tiempo que se carga de productos de desecho, que transporta para su eliminación.

                Este aparato comprende: 1)- órgano central, el corazón, que le imprime movimiento a la sangre; 2)- los vasos que la transportan.

                El corazón es un órgano muscular hueco que presenta cuatro cavidades: dos a la derecha, la aurícula y el ventrículo derecho; dos a la izquierda, la aurícula y el ventrículo izquierdo.

Vasos sanguíneos. Comprenden: 1) vasos arteriales o arterias; 2) vasos venosos o venas; 3) vasos capilares.

Arterias: conducen la sangre impulsada por los ventrículos del corazón a todas las partes del organismo. Sus paredes son gruesas, contráctiles y elásticas. Nacen del corazón por medio de dos troncos: la aorta y la arteria pulmonar (conducen la sangre del ventrículo derecho a los pulmones).

Disposición general: las arterias nacen de ramas colaterales y ramas terminales: Las arterias son cilíndricas. Generalmente son rectilíneas, pero también hay otras que son flexuosas.

Venas: son conductos membranosos muy dilatables, que conducen la sangre de los capilares a las aurículas. Su pared es rojiza, más delgada, menos elástica y menos contráctil.

Válvulas: las venas presentan en su superficie interna repliegues membranosos delgados de forma semilunar.

Capilares: vasos muy finos que unen las últimas ramificaciones de las arterias con los orígenes de las venas.

Circulación porta: se denomina sistema porta a todo aparato vascular, arterial o venoso, formado por un vaso que termina en sus dos extremos por una red capilar.

Sistema linfático: conduce la linfa y la deriva hacia el sistema venoso. Se constituye por vasos y ganglios.

Los vasos linfáticos presentan de principales características: son blancos, están anastomosados entre sí y están dotados de válvulas semilunares.

Los ganglios linfáticos son masas de tejido lifoide, situadas en el aparato de los vasos linfáticos. Son globulosos, aplanados, alargados o reniformes.

Aparato respiratorio: pone en contacto el aire atmosférico con la sangre venosa. Comprende: 1) pulmones, en los hay intercambio gaseoso. Se encuentran contenidos en el tórax y envueltos por membranas serosas, las pleuras; 2) vías respiratorias, conducen el aire a los pulmones.

Aparato urinario: contribuye a que el organismo se deshaga de productos de desasimilación. Se compone 1) de dos glándulas, riñones, que secretan la orina; 2) de dos conductos excretores, los ureteros, que conducen la orina hacia la vejiga; 3) de un reservorio, la vejiga en el cual se colecta la orina en los intervalos de las micciones; 4) de un conducto excretor, la uretra, por el que la orina acumulada en la vejiga se deriva al exterior.

Aparato reproductor: unión entre un espermatozoide y un óvulo que luego constituye un huevo fecundado o cigoto. El aparato genital masculino se compone de los testículos, que reproducen espermatozoides; de conductos excretores, las vías espermáticas, que conducen los espermatozoides del testículo a la uretra; de glándulas, la próstata y las glándulas de Cowper, que segregan destinado a diluir el esperma; la uretra, a la que se anexan órganos eréctiles que aseguran el vaciamiento del esperma en el órgano reproductor femenino.

                El aparato genial femenino comprende los ovarios, órganos productores de los óvulos; dos conductos, las trompas uterinas, que conducen los óvulos al órgano de la gestación; el útero que es el órgano de la gestación; la vagina y la vulva, órganos de la copulación en la mujer.

Módulo 6: Crecimiento y desarrollo

Período prenatal: comienza con la concepción y termina con el nacimiento.

Período postnatal: comienza con el nacimiento y continúa hasta la muerte.

Comienzo de la vida

Los espermatozoides se producen por los procesos de la espermatogénesis. Los óvulos por la oogénesis. Ambos gametos se dividen por meiosis (disposición y distribución ordenada de los cromosomas). Los óvulos y espermatozoides contienen 23 cromosomas cada uno, conocido como número haploide. La división meiótica consiste en dos divisiones celulares que se producen sucesivamente una después de la otra (división meiótica I y división meiótica II), en ambas se suceden la interfase, profase, metafase, anafase y telofase.

                Espermatogénesis: es el proceso mediante el cual las células sexuales primitivas del varón (espermatogonias) se transforman en espermatozoides. Comienza en la pubertad y suele continuar toda la vida. La división meiótica I reproduce un espermatocito primario para formar dos espermatocitos secundarios; cada uno de ellos con un número haploide de cromosomas (23). La división meiótica II reproduce cada uno de los dos espermatocitos secundarios para formar un total de cuatro espermátides. Posteriormente, las espermátides se diferencian para formar cabezas y colas, convirtiéndose así en espermatozoides maduros. Mediante la espermatogénesis se forman cuatro espermatozoides.

                Oogénesis: es el proceso mediante el cual las células sexuales femeninas, y oogonias, se convierten en óvulos maduros. Durante la etapa fetal, las oogonias se reproducen en los ovarios mediante mitosis para formar ovocitos primarios; la mayor parte de los oocitos primarios comienzan en la profase I de la meiosis.

                Durante la infancia se desarrollan las células de la granulosa alrededor de cada oocito primario; formando un folículo primario. Los folículos que lo rodean empiezan a madurar y algunas de las células de la granulosa externa se diferencian de células de la teca. Estas células producen andrógenos, esteroide convertido en las células de la granulosa en estrógenos. En este punto los folículos se denominan folículos secundarios. Cuando están maduras, migran a la superficie del ovario. La meiosis vuelve a empezar dentro del folículo maduro.

La meiosis I produce el primer ovocito secundario y el primer cuerpo polar. Antes de la ovulación se detiene de nuevo la meiosis. La ovulación se produce bajo la influencia de la hormona luteinizante (LH). La ovulación es la liberación del oocito de un folículo roto.

La meiosis II solo empieza en el oocito liberado cuando la cabeza del espermatozoide penetra en el oocito secundario (óvulo). Si no se produce la fertilización, el óvulo degenera. Si se produce la división meiótica del oocito secundario, produce un segundo cuerpo polar y un óvulo fertilizado maduro, denominado cigoto.

Cada oocito primario sólo produce un óvulo maduro, más tres cuerpos polares que se desintegran; en cambio en la espermatogénesis, sólo se forman cuatro espermatozoides de cada espermatocito primario.

Ovulación e inseminación: la concepción de un nuevo ser se da entre la unión de un espermatozoide y un óvulo. Este proceso requiere dos pasos:

• Ovulación o expulsión del óvulo maduro desde el folículo ovárico maduro hacia la cavidad pélvica, desde el cual entra en una de las trompas uterinas.
• Inseminación o expulsión del líquido seminal desde la uretra masculina hasta la vagina femenina.

Fertilización: tras la ovulación, el óvulo liberado entra primero en la cavidad abdominal para dirigirse después hacia las trompas uterinas, donde tiene lugar la concepción o fertilización. Los espermatozoides nadan hacia las trompas uterinas buscando un óvulo. Vagina – Útero – Trompas (fecundización) – Útero (implantación).

Cuando el espermatozoide alcanza la superficie del óvulo, las dos membranas plasmáticas se fusionan y el núcleo del espermatozoide se mueve hacia el interior del óvulo. Tan pronto como la cabeza y el cuello de un espermatozoide entran en el óvulo (la cola se desprende), se activan unos complejos mecanismos en el huevo que asegura que no entren más espermatozoides.

División e implantación (período prenatal): una vez formado el cigoto, comienza inmediatamente a dividirse o escindirse, y alrededor de tres días después está formada una masa sólida de células llamadas mórula. Las células de la mórula comienzan a formar una cavidad interna a medida que siguen dividiéndose, y cuando el embrión en desarrollo alcanza el útero, es una bola hueca de células llamadas blastocito. Alrededor de los diez días, el blastocito queda implantado en el revestimiento uterino. La pared externa del blastocito se denomina trofoblasto.

Posteriormente, a medida que se desarrolla el blastocito, la masa celular interna forma una estructura con dos cavidades llamadas saco vitelino y cavidad amniótica. La masa celular interna es la que forma los tejidos en un saco absorbente lleno de líquido, a veces denominada “bola de aguas”, en la que el embrión flota durante su desarrollo.

Placenta: es una estructura única y muy especializada que tiene una serie de funciones temporales, aunque muy importante durante el embarazo. Está compuesta de tejidos maternales y fetales, y no sólo funciona como anclaje estructural y puente nutritivo, sino también como órgano excretor, respiratorio y endocrino. Separa aportes sanguíneos maternos y fetales y sirve como barrera de sustancias nocivas. Los tejidos placentarios secretan grandes cantidades de gonadotropina coriónica humana (HCG) desde el principio del embarazo para estimular el cuerpo lúteo.

Períodos del desarrollo: la duración del embarazo (39 semanas aproximadamente) se denomina período gestacional. Se divide en tres trimestres. El primer trimestre va desde el primer día del último período menstrual hasta el final de la 12.ª semana. El segundo trimestre se desde la 12.ª a la 28.ª semana de gestación y el tercero desde la 28.ª hasta el nacimiento del bebé.

Cigoto = óvulo fertilizado; mórula = masa sólida de células que se forma luego de tres días de la fertilización debido a las constantes divisiones; blastocito= es el continuo desarrollo de la mórula, se implanta en la pared uterina.

La fase embrionaria de desarrollo se extiende desde la fertilización hasta el final de la semana 8 de gestación. Se utiliza el término embrión para designar al individuo en desarrollo. Se emplea el concepto de fase fetal para indicar el período que va desde la semana 1 a la 39. El término embrión se reemplaza por el de feto.

Capas germinales primarias: al principio del primer trimestre de embarazo se desarrollan tres capas de células especializadas que se denominan, capas germinales primarias.

• Endodermo: capa germinal interna. Forma el revestimiento de varias glándulas (tracto respiratorio y del tracto GI, amígdalas, los revestimientos de los conductos pancreáticos, hepáticos y del tracto urinario, etc.).
• Ectodermo: capa germinal externa. Forma muchas de las estructuras que se encuentran en la periferia del organismo; la epidermis de la piel, el esmalte dentario, la córnea y la lente del ojo derivan de él. Algunos componentes del sistema nervioso como el cerebro y la médula espinal tienen un origen ectodérmico.
• Mesodermo: capa germinal media; forma la mayor parte de los órganos y otras estructuras que se localizan entre las formadas por el endodermo y el ectodermo (dermis de la piel, casi todos los músculos esqueléticos y los huesos, muchas de las glándulas del organismo, riñones, gónadas y componentes del sistema circulatorio).

                Histogénesis y organogénesis: el proceso por el cual las capas germinales primarias forman los diferentes tipos de tejidos se denomina histogénesis y cuando estos se tejidos se agrupan para formar órganos se denomina organogénesis.

Nacimiento o parto: es el punto de transición entre el período prenatal y postnatal. Cuando el feto señala el final del embarazo, el útero se vuelve “irritable”, hasta que al final comienzan las contracciones musculares y hacen que el cérvix se dilate (o se abra), permitiendo así que el feto se mueva desde el útero a través de la vagina, o canal del parto hacia el exterior.

Fases del parto: es el término que se utiliza para describir el proceso que da lugar al nacimiento del niño. Son tres fases:

1)       Abarca desde el comienzo de las contracciones uterinas hasta que se completa la dilatación del cérvix.

2)       Va desde la máxima dilatación cervical hasta que el niño sale de la vagina.

3)       Proceso de expulsión de la placenta a través de la vagina.

Proceso postnatal: comienza con el nacimiento y se prolonga hasta la muerte. Cuenta con cambios notables en el crecimiento y el desarrollo físico e intelectual del individuo. Crecimiento y desarrollo son dos procesos continuos de un mismo ciclo.

Lactancia: se inicia en el nacimiento y dura alrededor de 18 meses. Las primeras cuatro semanas suelen denominarse período neonatal. El recién nacido debe mantener por sí mismo la circulación sanguínea y la respiración nada más al nacer para poder sobrevivir. La primera respiración del niño tras nacer, es forzada y fuerte. La “grasa del bebé” que se acumula bajo la piel durante el primer año comienza a disminuir, y el niño pasa a ser más delgado. En la primera lactancia el niño sólo tiene una curvatura espinal. La curvatura lumbar aparece entre los 12 y los 18 meses y el niño desvalido se convierte en otro que da los primeros pasos y se puede mantener erguido.

Infancia: se extiende desde el final de la lactancia hasta la madurez sexual o pubertad de 12 a 14 años en las niñas y de 14 a 16 años en los niños. En la infancia temprana el crecimiento continúa primero de forma rápida para luego ir disminuyendo. Hacia los 6 años de edad los niños parecen preadolescentes. Los sistemas nervioso y muscular se desarrollan rápidamente hacia la mitad de la infancia. Los dientes deciduos se pierden, comenzando a partir de los 6 años aproximadamente. Los dientes permanentes ya han erupcionados hacia los 14 años, excepto los terceros molares (muelas de juicio).

Adolescencia y madurez: la adolescencia comprende desde los 13 a los 19 años aproximadamente; está marcada por un rápido e intenso crecimiento físico, que da lugar a la madurez sexual. La edad adulta se caracteriza por el mantenimiento de los tejidos ya existentes.

Vejez y senectud: cuando se envejece, se produce un declinar gradual de todos los principales sistemas del organismo. Algunos efectos del envejecimiento son:

• Cambian la textura, grado de calcificación y forma de los huesos.
• Tiene lugar una formación anómala de un reborde óseo (espolón) que puede limitar el grado de motilidad. La disminución en el tamaño y densidad ósea incrementa el riesgo de fractura.
• La piel se torna seca, delgada y pierde elasticidad. Los cambios de la pigmentación cutánea y el  adelgazamiento del cabello son problemas habituales.
• Entre los 30 y 75 años el número de nefronas renales disminuye en un 50%. La disminución sanguínea renal reduce todas las capacidades y también la capacidad excretora. La disminución del tono muscular vesical disminuye su capacidad y eficacia para vaciarla completamente.
• Los cartílagos costales se calcifican, disminuye la eficacia respiratoria, disminuye la fuerza de los músculos respiratorios.
• Sistema cardiovascular: enfermedad cardíaca degenerativa y patología vascular. Arteriosclerosis, aterosclerosis e hipertensión.
• Se produce un decline gradual en la función y capacidad de los órganos sensoriales. Presbiopía, catarata, glaucoma, disminución de la audición y del gusto.
• Se altera el mecanismo de respuesta sexual, disminuye la fertilidad. Se desarrolla la menopausia en las mujeres de entre los 45 y 60 años.

Módulo 7: Fisiología sexual

Causas de la excitación sexual: Se define como un estado de activación de un intrincado sistema de reflejos en el que participan los órganos sexuales y el sistema nervioso. El cerebro es el controlador del sistema nervioso; funciona mediante impulsos eléctricos y químicos transmitidos al resto del cuerpo a través de la médula espinal y los nervios periféricos. Se puede dar la excitación a través de los estímulos. La excitación sexual puede ser voluntaria como involuntaria (inesperada).

Ciclo de la respuesta sexual: la respuesta sexual humana podría describirse como un ciclo de cuatro fases: excitación, meseta, orgasmo y resolución. Durante la respuesta sexual del ser humano se dan dos reacciones fisiológicas básicas: la primera es la vasoconstricción, que supone un aumento del volumen de sangre concentrada en los tejidos corporales genitales y los senos de la mujer. La segunda es el aumento de la tensión neuromuscular o miotonía, donde se produce una acumulación de energía en los nervios y los músculos.

Excitación: la excitación es consecuencia de la estimulación sexual, que puede ser física, psicológica o combinación de ambas.

En la mujer, la primera señal de excitación es la aparición de lubricación vaginal. Su causa es la vasoconstricción de las paredes vaginales, que provoca la percolación del fluido a través del revestimiento de la vagina en un proceso llamado trasudación. Otros cambios son que en la mujer durante la fase de excitación los dos tercios interiores de la vagina se expanden, el cérvix y el útero son empujados hacia arriba y los labios exteriores de la vagina se aplanan y se abren. Por otro lado, los labios interiores de la vagina se agrandan, y a resultas de la vasoconstricción, el clítoris aumenta de tamaño. Los pezones de la mujer se tornan más rígidos; las venas de las mamas se hacen más visibles y pueden producirse un leve agrandamiento de los pechos.

                En el hombre el signo físico destacado es la erección del pene; al igual que la lubricación vaginal, la erección también se da por vasoconstricción. La erección ocurre cuando la sangre afluye rápidamente y llena los tejidos esponjosos del pene. El endurecimiento y agrandamiento del pene se debe al aumento de presión del fluido; se lo compara con un sistema hidráulico. Las arrugas o pieles del escroto se alisan poco a poco y los testículos se aproximan al cuerpo. En una fase posterior, los testículos aumentan ligeramente de tamaño.

Meseta: en la fase de excitación se produce un marcado aumento de la tensión sexual por encima del nivel o la línea de arranque. En la fase de meseta se mantienen e intensifican altísimos niveles de excitación.

En la mujer, la intensa vasoconstricción en el tercio interior de la vagina origina una hinchazón de los tejidos denominada plataforma orgásmica. El útero se eleva. Disminuye la producción de lubricación vaginal. El clítoris se retrae contra el hueso púbico; el clítoris se oculta y se protege (parcialmente su cabeza) del contacto directo. Los labios internos se agrandan. En la fase de excitación la aureola mamaria se agranda y durante la fase de meseta, continúa esta hinchazón, hasta el punto de erección de los pezones.

En el hombre aumenta levemente el diámetro de la cabeza del pene cerca de la corona. Suele tomar una tonalidad más oscura. La vasoconstricción provoca la hinchazón de los testículos. Aparece en pequeña cantidad un fluido transparente procedente de la uretra del varón (líquido preseminal).

Orgasmo: es cuando de golpe el cuerpo libera la tensión sexual acumulada.

                En la mujer las contracciones son simultáneas y rítmicas en el útero, en el tercio interior de la vagina y en el esfínter anal. La mujer es multiorgásmica.

                El hombre experimenta una sensación de inevitabilidad eyaculatoria. Se produce la eyaculación o expulsión del semen por la punta del pene. Durante la eyaculación, el cuello de la vejiga urinaria se cierra para que el semen fluya y no se produzca contacto con la orina.

Resolución: las mujeres tienen una actitud multiorgásmica (la capacidad de tener dos o más orgasmos seguidos en un breve lapso, sin deslizarse por debajo del nivel de meseta). El hombre no cuenta con esta capacidad; inmediatamente después de la eyaculación, el varón entra en un período refractario (un espacio de tiempo para recargarse fisiológicamente). El período de retorno al estado normal de no estimulación se conoce como la fase de resolución, donde comprende al período refractario del hombre; se invierten las alteraciones anatómicas y fisiológicas acaecidas durante la etapa de excitación y meseta (en ambos sexos), volviendo los órganos sexuales a su normalidad. En las mujeres desaparece la plataforma orgásmica.

Hormonas: La fisiología sexual es regulada por el sistema endocrino; constituido por glándulas de secreción interna que producen hormonas. Las hormonas son secretadas directamente al sistema circulatorio.

Las hormonas sexuales: la más importante es la testosterona (determinante biológico del impulso sexual) presente en ambos sexos. Otras hormonas presentas son los estrógenos, también presentes en los dos sexos, y se elaboran fundamentalmente en los ovarios de la mujer y en los testículos de los hombres. Apuntan a la conservación de la mucosa vaginal y a la producción de lubricación. También contribuyen a conservar la calidad superficial de los senos femeninos y la elasticidad de la vagina.

La progesterona es una hormona relacionada estructuralmente con los estrógenos como con la testosterona, se halla también en ambos sexos. Puede ser un inhibidor de la sexualidad en el ser humano (suprimiendo el interés sexual).

Mecanismos reguladores:

Hipófisis: órgano del tamaño de una bellota. Se ubica debajo del cerebro. Es la glándula que controla el resto de glándulas, entre ellas la tiroides. Alrededor de ella gira buena parte de sus funciones sobre el metabolismo humano. La hipófisis está directamente comunicada con el hipotálamo por medio de un pedúnculo denominado "hipofisario".

Hipotálamo: es descripto como un “termostato” que regula y reacciona frente a las concentraciones de hormonas en su propio flujo sanguíneo, produce una sustancia llamada hormona liberadora de gonadotropina (HLG) que regula la secreción de dos hormonas elaboradas en la hipófisis y que actúan sobre las gónadas. Produce hormonas como las llamadas luteinizantes (que sirven en la producción de testosterona) y las folículoestimulantes (prepara al ovario para la estimulación). Se sitúa por debajo del tálamo.

Menstruación: flujo sanguíneo que sobreviene una vez al mes y se comprende entre los 12 y los 48 años.

Ciclo menstrual: oscila entre los 21 y 40 días, con un promedio de 28 días. Se compone de tres fases: 1) folicular (los óvulos jóvenes maduran); 2) ovulación (liberación del óvulo desde un folículo); 3) luteínica (se prepara al cuerpo para recibir al óvulo fecundado en caso de embarazo).

Síndrome premenstrual: afecta a un gran número de mujer. Produce irritabilidad y tensiones unos días antes de que empiece el período.

Módulo 8: Genética y herencia

Genética: ciencia que estudia la herencia, en todos los campos de la biología humana, especialmente en anatomía, fisiología y en la medicina general.

Herencia: grupo de genes.

Gen: patrones que se heredan. El código genético se transmite a través de los genes. Cada gen es una secuencia de bases de nucleótidos en la molécula de ADN que la célula transcribe a la molécula de ARNm. Cada molécula de ARNm se asocia con un ribosoma, que traduce el código para formar una molécula polipeptídica específica. Los genes determinan la estructura y la función del organismo humano, produciendo una combinación de enzimas reguladoras específicas y otras proteínas.

Genoma: colección de genes presentes en el núcleo de una célula. Consta de 46 cromosomas.

Los genes son los responsables de la herencia de los rasgos biológicos. Las afecciones que se heredan genéticamente reciben el nombre de enfermedades hereditarias. Hay otras que incluyen factores de riesgo genético. El código genético se transcribe por genes. La distribución de los cromosomas en la descendencia se da por meiosis.

Genes                Meiosis [23 (Padre) + 23 (Madre)] = 46 cromosomas

Variación independiente: cuando se están formando los espermatozoides y los óvulos, los pares de cromosomas se separan y los cromosomas maternos y paternos se mezclan y redistribuyen independientemente de los otros pares de cromosomas, con lo que cada espermatozoide tendrá una combinación de 23 cromosomas diferentes. El principio de la variedad independiente asegura que cada descendiente de una única combinación de padres es genéticamente único, fenómeno que se conoce comovariación genética.

Ligadura genética: los genes de cada cromosoma permanecen juntos.

Entrecruzamiento: los genes localizados en un sitio determinado se cruzan hasta un sitio de la misma localización en el cromosoma homólogo. Este proceso proporciona oportunidades adicionales para la variación genética entre la descendencia de una única combinación de padres.

Dominancia: cada rasgo heredado está controlado por dos combinaciones de genes similares, uno de cada progenitor. Algunos genes son dominantes y otros recesivos. Un gen dominante es aquel cuyos efectos se ven y son capaces de enmascarar los de un gen recesivo para el mismo rasgo. Los genes dominantes se representan con una A mayúscula y los genes recesivos con una a minúscula. Los genes que produce el albinismo son recesivos.

                Una persona cuyo genotipo[2] tiene las dos formas idénticas para un rasgo se llama homocigotos. La forma de expresarse el genotipo es el fenotipo[3] (rasgo). Una persona que sea homocigótica dominante (AA) para el color de piel tendrá un fenotipo normal. La que tenga una combinación de genes Aa también tendrá una coloración de piel normal, ya que el gen normal A es dominante sobre el gen recesivo del albinismo. Un individuo con un genotipo Aa se dice que es heterocigoto (además de ser portador[4] genético del albinismo) y tendrá un fenotipo normal. Sólo la persona con el genotipo recesivo homocigótico aa tendrá un fenotipo anormal, ya que no existe un gen dominante que enmascare los efectos de los genes recesivos. Así dos padres normales, cada uno con el genotipo heterocigoto Aa, pueden nacer niños normales o niños albinos.

Codominancia: es cuando dos genes dominantes diferentes se presentan juntos. Tendrán los mismos efectos que un gen heterocigoto. Supongamos que existe un gen A1 para la tez clara y un gen A2 para la tez oscura. En esta forma de dominancia, A1A2 tendrá un fenotipo de color de piel intermedio entre la tez oscura y la tez clara.

Herencia ligada al sexo: Comprende a los rasgos no sexuales que se llevan en los cromosomas sexuales. El mayor de los cromosomas sexuales se denomina cromosomas X y el menor cromosomas Y. El cromosoma X también se llama a veces “cromosoma femenino” porque sus genes determinan las características sexuales femeninas. Si una persona sólo tiene cromosomas X, es genéticamente una mujer. El cromosoma Y suele denominarse “cromosoma masculino” `porque todo el que lo posea es genéticamente un varón. Así, todas las mujeres normales tienen la combinación de cromosomas sexuales XX, mientras que todos los varones normales tienen la combinación XY. Dado que los varones producen espermatozoides que portan la X y otros que portan la Y, todas las parejas pueden tener hijos varones o mujeres. Tanto los hombres como las mujeres necesitan al menos un cromosoma X normal, ya que de lo contrario se producirían ciertas complicaciones en la descendencia.

                En las mujeres, los genes recesivos ligados al cromosoma X están enmascarados por los genes dominantes del otro cromosoma X. Sólo las mujeres con dos genes recesivos ligados al X pueden mostrar el rasgo recesivo. Dado que los hombres sólo heredan un cromosoma X (de la madre), la presencia de un único gen recesivo ligado al cromosoma X es suficiente para producir el rasgo recesivo. De hecho, en los varones no hay genes homólogos en el cromosoma Y para enmascarar los genes recesivos del cromosoma X. Por esta razón, los rasgos recesivos ligados al X son más frecuentes en los varones que en las mujeres.

                Un ejemplo de una alteración recesiva ligada al X es el daltonismo. En esta enfermedad, los niños varones nacidos de un padre que porta el gen recesivo anormal en un cromosoma X pueden tener esta ceguera para los colores. Una niña sólo podrá heredar esta forma de daltonismo si su padre es daltónico y su madre también (homocigótica recesiva) o bien portadora del daltonismo (heterocigótica).

Mutaciones genéticas: es una alteración en el código genético. Pueden producirse sin influencias externas. Los mutágenos son los agentes que causan la mayoría de las mutaciones genéticas.

Genética médica: mecanismo de las enfermedades genéticas.

                Herencia nuclear: enfermedades por un único gen (monogénicas). Son producidas por genes mutantes independientes en el ADN nuclear que pasan de una generación a la siguiente. También están las enfermedades producidas por predisposición genética, las cuales se producen por los efectos combinados de la herencia y de los factores ambientales. Otro tipo son las alteraciones genéticas crosomáticas, los cuales son trastornos congénitos como la trisomía (por error de meiosis), producidos por una rotura cromosómica o por la presencia o ausencia anormal de cromosomas enteros.

                Herencia mitocondrial: cada mitocondria tiene su propia molécula de ADN, que se denomina ADN mitocondrial (ADNm). La herencia de este ADNm sólo se recibe por vía materna, ya que el esperma no contiene mitocondrias. El ADNm contiene el único código genético para varias enzimas importantes, y las mutaciones que pueda sufrir se traducirán en enfermedades específicas (Parkinson).

Enfermedades monogenéticas (debido a un sólo gen):

                Fibrosis quística: debido a genes recesivos en el par de cromosomas 7. La dificultad para el transporte de cloro por las membranas celulares hace que las células exocrinas secreten un moco espeso y un sudor concentrado. El espesamiento mucoso puede obstruir los tractos respiratorio y gastrointestinal, conduciendo a la muerte. Tratamiento con fármacos y otras terapéuticas.

                Fenilcetonuria: debido a los genes recesivos que no producen fenilalanina hidroxilasa. La fenilalanina no se puede convertir en tirosina y se acumula. Las elevadas concentraciones de la misma destruyen el tejido cerebral. Tratamiento con dietas pobres en fenilalanina.

                Enfermedad de Tay-Sachs: es un trastorno recesivo en el que se produce un fallo en la producción de una enzima esencial en el procesamiento de los lípidos. Los lípidos anormales se acumulan en el cerebro causando retraso severo y la muerte en torno a los cuatro años. No existe tratamiento.

                Osteogénesis imperfecta: es un trastorno genético dominante de los tejidos conjuntivos que da lugar a una formación imperfecta de hueso.

                Neurofibromatosis múltiple: trastorno hereditario múltiple caracterizado por múltiples tumores benignos de las células gliales que rodean las fibras nerviosas.

Enfermedades cromosómicas: trastornos genéticos que resultan de la no disyunción durante la formación de los gametos; producen trisomías o monosomías.

                Trisomía 21: triplete de cromosomas 21 en lugar de un par; caracterizada por el retraso mental del síndrome de Down y defectos múltiples

                El síndrome de Klinefelter: se produce en varones con un cromosoma Y, al menos, y dos cromosomas X; se caracteriza por piernas largas, grandes mamas, escasa inteligencia, testículos pequeños, esterilidad y enfermedad pulmonar crónica.

                El síndrome de Turner: el síndrome XO aparece en mujeres con un único cromosomas X; se caracteriza incapacidad de los ovarios y otros órganos para madurar, esterilidad, defectos cardiovasculares, enanismo, cuello alado y trastornos del aprendizaje; los síntomas pueden reducirse mediante tratamiento hormonal.

Bases genéticas del cáncer: Se cree que ciertos genes anómalos causan algunas formas de cáncer (oncogenes). Los genes supresores tumorales regulan la división celular para que ésta se produzca con normalidad cuando no funcionan por alguna mutación genética, dejan que la célula se divida de forma anormal. Las alteraciones genéticas también pueden alterar los mecanismos celulares que evitan el cáncer.

Prevención y tratamiento de las enfermedades genéticas: Consejo genético, consultas profesionales con las familias sobre enfermedades genéticas.

                Árbol genealógico: cuadro que muestra las relaciones genéticas en una familia durante varias generaciones; sirve para determinar la posibilidad de tener descendencia con determinados trastornos genéticos.

                Regla de Punnett: panel utilizado para determinar la probabilidad matemática de heredar rasgos genéticos.

                Cariotipo: disposición ordenada de fotografías de los cromosomas de una única célula; se utiliza en el consejo genético para identificar los trastornos cromosómicos.

Tratamiento de las enfermedades genéticas:

                Sustitución génica: las proteínas anómalas causantes de enfermedades son reemplazadas por genes “terapéuticos”; el objetivo es alterar genéticamente las células que ya existen en el organismo con la esperanza de eliminar la causa de la enfermedad genética.

                Amplificación génica: se introducen genes normales para aumentar la producción de la proteína necesaria.

Módulo 9: Sistema inmunitario

                El sistema inmunitario protege frente a los ataques al cuerpo. Los ataques externos se deben a los microorganismos, protozoos, bacterias y virus. Ataques internos, las células anormales se reproducen y forman tumores que pueden ser cancerosos y difundirse.

Organización del sistema inmunitario: el sistema inmunitario actúa continuamente. Hay dos clases principales de mecanismos inmunitarios: inmunidad inespecífica e inmunidad específica. La inmunidad inespecífica proporciona una defensa general frente a cualquier cosa que no sea propia. La inmunidad específica actúa frente a agentes amenazantes específicos.

                Principales células de la inmunidad inespecífica: neutrófilos, monocitos, macrófagos y células asesinas naturales.

                Principales células de la inmunidad específica: linfocitos llamados células T y células B.

Inmunidad inespecífica: Mecanismos generales de defensa      

• Resistencia de especie: las características genéticas de un organismo o especie defienden frente a los gérmenes. La especie humana (Homo sapiens) es resistente a muchas infecciones e infestaciones amenazantes para la vida que se difunden fácilmente entre las plantas y otros animales.
• Barreras mecánicas y químicas: primera línea de defensa. El medio interno del cuerpo está protegido por una barrera formada por la piel y las mucosas. La piel y las mucosas ofrecen mecanismos inmunitarios adicionales: sebo, moco, enzimas y el ácido clorhídrico en el estómago.
• Inflamación: la segunda línea de defensa es la respuesta inflamatoria. La lesión hística provoca respuestas para contrarrestar la lesión y estimular la vuelta a la normalidad. Los mediadores de la inflamación son: histamina, cininas, prostaglandinas, y compuestos relacionados. Otro tipo de mediadores son los factores quimiotácticos, sustancias que atraen los leucocitos a la zona mediante un proceso llamado quimiotaxis. Los signos característicos de la inflamación son el calor, enrojecimiento, dolor e hinchazón. Se puede producir una inflamación sistémica a partir de una respuesta inflamatoria del organismo.
• Fagocitosis: ingestión y destrucción de microorganismos u otras pequeñas partículas por los fagocitos. Los fagocitos más numerosos son los neutrófilos; suelen ser los primeros en llegar al lugar de la lesión, emigran del torrente circulatorio y forman pus. Los macrófagos son monocitos fagocitarios que aumentan de tamaño después de emigrar del torrente circulatorio; ejemplos de ellos son los histiocitos en el tejido conjuntivo, la microglía en el sistema nervioso y las células de Kupffer en el hígado.
• Células asesinas naturales: linfocitos que destruyen células tumorales y otras infectadas por virus. El método que utilizan comúnmente para destruir las células es la lisis celular, alterando la membrana plasmática.
• Interferón: proteína sintetizada y liberada a la circulación por ciertas células cuando son invadidas por los virus.
• Complemento: grupo de enzimas que lisan (rompen) células cuando son activadas por mecanismo específicos o inespecíficos.

Inmunidad específica: forma parte de la tercera línea de defensa constituida por los linfocitos (dos tipos distintos de una clase de leucocitos). Las dos clases son los linfocitos B (células B) y linfocitos T (células T). Los linfocitos son los más numerosos allí donde se desarrollan, en la médula ósea, el timo, los ganglios linfáticos y el bazo. Los linfocitos circulan en el torrente sanguíneo, se distribuyen por los tejidos y vuelven a la circulación en una recirculación completa.

                En los mecanismos de las células B, la inmunidad está mediada por anticuerpos; producen anticuerpos que combaten a los gérmenes. Las células T acatan a los gérmenes más directamente, clasificadas como inmunidad mediada por células. Los linfocitos presentan marcadores de superficie que se denominan según el sistema CD. Se definen distintos subtipos de linfocitos en función de los marcadores de CD de superficie, por ejemplo, los linfocitos CD4 y CD8.

Células B e inmunidad mediada por anticuerpos. Las células B se desarrollan en dos fases:

• Las células pre-B se desarrollan a los pocos meses de edad.
• La segunda fase tiene lugar en los ganglios linfáticos y en el bazo. Se da la activación de las células B cuando se unen a un antígeno específico. Las células B actúan de antecesoras de las células plasmáticas secretoras de anticuerpos.

                Los anticuerpos son proteínas (inmunoglobulinas) segregadas por la célula B activada. La molécula de anticuerpo está formada por dos cadenas polipeptídicas pesadas y otras dos ligeras; cada molécula tiene dos puntos de unión antigénica y dos puntos de unión del complemento.

                Los niños nacen con distintos clones de células B en la médula ósea, los ganglios linfáticos y el bazo; las células del clon sintetizan un anticuerpo específico con una secuencia de aminoácidos en su región variable que es distinta de la secuencia sintetizada por otros clones.

                Existen cinco clases de anticuerpos:

1. IgM: anticuerpo inactivo que sintetizan las células B y lo introducen en su propia membrana plasmática; es la clase predominante producida después del contacto inicial con un antígeno.
2. IgG: constituye el 75% de los anticuerpos de la sangre; anticuerpo predominante en la respuesta secundaria de anticuerpos.
3. IgA: clase principal de anticuerpos en la mucosa, en la saliva y en las lágrimas.
4. IgE: en pequeña cantidad; produce efectos nocivos, por ejemplo alergias.
5. IgD: en pequeña cantidad en la sangre; su función exacta se desconoce.

                Las moléculas de anticuerpos producen inmunidad mediada por anticuerpos (inmunidad humoral) en el plasma. Los anticuerpos se oponen a la enfermedad ante todo reconociendo sustancias extrañas y anormales. Los epítopos (pequeñas regiones de las superficies de los antígenos) se unen a los puntos de unión antigénica de la molécula de anticuerpos, formando un complejo antígeno-anticuerpo que puede producir diversos efectos. Por ejemplo, transforma los antígenos que son las toxinas (sustancias químicas tóxicas para las células) en sustancias inocuas.

                El complemento es un elemento del plasma sanguíneo formado por una serie de compuestos proteicos; actúa destruyendo las células extrañas por citólisis, produce vasodilatación, estimula la fagocitosis y otras funciones. La acción del complemento se puede iniciar por mecanismos inmunitarios inespecíficos (la vía alternativa). La proteína 3 del complemento, activada sin estimulación antigénica, produce los efectos plenos del complemento uniéndose a bacterias o virus en presencia de properdina.

                Teoría de selección clonal: el cuerpo contiene muchos clones distintos de células, cada uno de ellos obligado por sus genes a sintetizar un anticuerpo distinto. Cuando penetra un antígeno en el cuerpo, elige el clon cuyas células están sintetizando el anticuerpo que le corresponde y las estimula para que proliferen y produzcan más anticuerpo. Los clones seleccionados por los antígenos están formados por linfocitos y son elegidos por la forma de los receptores antigénicos en la membrana plasmática de éstos.

Células T e inmunidad mediada por células

                Las células T son linfocitos que pasan por el timo antes de emigrar a los ganglios linfáticos y al bazo. Las células pre-T se transforman en timocitos mientras permanecen en el timo. Los timocitos pasan a la sangre y son transportados a las zonas T-dependientes del bazo y de los ganglios linfáticos.

                Las células T presentan receptores antigénicos en su membrana de superficie; se activan cuando un antígeno (presentado por un macrófago) se une a sus receptores, haciendo que se dividan repetidamente para formar un clon de células T sensibilizadas del mismo modo. Las células T sensibilizadas se dirigen al punto por donde entró el antígeno, se unen a éste y liberan citocinas (linfocinas).

                Las células T sensibilizadas, que liberan linfotoxina, se llaman células las T asesinas. Otros tipos de células  T  son las células T colaboradoras (regulan la función de las células B) y las células T supresoras (suprimen la diferenciación de células B en células plasmáticas).

                Las células T actúan produciendo una inmunidad mediada por células y regulan la inmunidad específica general.

Tipos de inmunidad específica

• Inmunidad heredada (inmunidad innata): Durante el desarrollo intrauterino, los procesos genéticos sitúan mecanismos inmunitarios específicos o inespecíficos.
• Inmunidad adquirida: resistencia adquirida después del nacimiento; es de dos clases: 1)inmunidad natural, es la resultante de la exposición no deliberada a los antígenos; 2)inmunidad artificial, es consecuencia de la exposición deliberada a los antígenos, llamada inmunización. La inmunidad natural y artificial puede ser activa o pasiva.

Inmunidad activa: cuando el sistema inmunitario responde a su agente nocivo independientemente de si era natural o artificial; su duración es mayor que la de la pasiva.

Inmunidad pasiva: la inmunidad desarrollada en un individuo es transferida a otro que no era inmune anteriormente; es temporal, pero proporciona protección inmediata.

Enfoque global: el sistema inmunitario y el cuerpo como un todo

                El sistema inmunitario está regulado hasta cierto punto por los sistemas nervioso y endocrino. Los agentes del sistema inmunitario son las células de la sangre, de la piel de las mucosas, del cerebro, del hígado y otros tipos de células y sus secreciones.

Módulo 10: Ecología de las poblaciones

                Las poblaciones de organismos tienen ciertas propiedades de las que carecen los organismos individuales, como tasa de natalidad y relación de sexo. La densidad de población es el número de individuos de una especie dada por unidad de área del hábitat en un tiempo específico. La dispersión de una población puede ser aleatoria, uniforme o agrupada.

                La población cambia como resultado de ajustes en el número de nacimientos, muertes, inmigrantes y emigrantes. Los factores más significativos suelen ser tasa de natalidad y tasa de mortalidad.

                El potencial biótico, o tasa de incremento intrínseca, es la tasa máxima teórica a la cual puede crecer una población. La población no puede crecer indefinidamente, debido a limitaciones ambientales. El total colectivo de tales limitaciones constituye la resistencia ambiental. La capacidad de carga del ambiente es la máxima población que puede ser mantenida durante un período indefinido por un ambiente particular.

                La ecuación logística del crecimiento poblacional forma una curva en forma de S cuando se lo grafica. Este modelo fue desarrollado para explicar el crecimiento de las poblaciones que se reproducen continuamente (describe una población que crece a partir de muy individuos hasta una cantidad mayor, limitada por un ambiente finito). Presenta una fase de retraso inicial (cuando la población es muy pequeña), seguida por una fase exponencial, y después una fase de nivelación cuando se alcanza la capacidad de carga del ambiente.

                El crecimiento poblacional se inhibe por factores limitantes:

• Los factores limitantes dependientes de la densidad son más eficaces para limitar el crecimiento de la población cuando la densidad de ésta es elevada. Son ejemplos la depredación, enfermedad, competencia.
• Los factores limitantes independientes de la densidad restringen el crecimiento poblacional pero no son influidos por cambios en la densidad de la población (huracanes e incendios).

                Cada organismo tiene su propia estrategia de ciclo vital, que es parte del paquete total de adaptación de esa especie específica:

ü  Una estrategia r se basa en una elevada tasa de aumento natural. Los organismos con esta estrategia a menudo tienen pequeña talla corporal, tienen una gran cantidad de descendientes una sola vez en su vida, y viven en ambientes variables.

ü  Una estrategia K se basa en el mantenimiento de una población cerca de la capacidad de carga del ambiente. Los organismos con esta estrategia a menudo tienen gran talla corporal, ciclos reproductivos repetitivos y tiempo de vida largo, y viven en ambientes estables.

Los principios de ecología de poblaciones se aplican al ser humano así como a otros organismos. En la actualidad, la población humana está aumentando exponencialmente. Sin embargo, la tasa de incremento de la población ha declinado ligeramente en los últimos años, lo cual lleva a los demógrafos a proyectar que la población mundial se estabilizará en aproximadamente 10.400 millones de personas a finales del siglo XXI.

Los países desarrollados tienen las menores tasas de natalidad, las menores tasas de mortalidad infantil y las mayores expectativas de vida. También tienen los mayores ingresos per cápita. Los países subdesarrollados tienen las mayores tasas de natalidad, las mayores tasas de mortalidad infantil y las menores expectativas de vida. También además los menores ingresos per cápita.

La estructura de edades de una población influye en gran medida en la dinámica de esa población. Es posible que un país tenga fecundidad a nivel de reposición y aún así experimente crecimiento poblacional si el mayor porcentaje de población se encuentra en los años pre-reproductivos.

[1] Los huesos se desarrollan directamente en el tejido conjuntivo, es decir por osificación fibrosa, o en un bosquejo cartilaginoso, es decir por osificación endocondral.

[2] Combinación de genes dentro de las células de un individuo.

[3] Forma en la que se expresa un genotipo; el aspecto de un individuo debido a su genotipo.

[4] Persona que posee el gen para un rasgo recesivo, pero no muestra el rasgo.