TEMA 1 LOS SERES VIVOS

TEMA 1 LOS SERES VIVOS
1.− LA CIENCIA. EL MÉTODO CIENTÍFICO O EXPERIMENTAL
La observación es el primer eslabón en la adquisición de conocimientos
La siguiente etapa es formar una idea o concepto, elaborar un esquema lógico, es decir, establecer hipótesis
que traten de explicar las observaciones.
Evaluamos la certeza de la hipótesis mediante la experimentación. La hipótesis científica tiene que poder ser
puesta a prueba (comprobarse experimentalmente).
Si las previsiones se cumplen en la experimentación, aceptamos provisionalmente esta hipótesis como
verdadera.
2.− LA BIOLOGÍA COMO CIENCIA
El término biología fue propuesto en 1802; deriva del griego bio y logos. Se desarrolla pues, entrado el siglo
XIX.
La biología descriptiva se ocupa del que. La biología funcional se encarga del Como. La biología evolutiva
trata del porque.
Los seres vivos se pueden estudiar en cuatro niveles de organización: molecular, celular, organismos y el de
poblaciones.
Los propios seres vivos se distinguen cinco categorías: animales, plantas, hongos, protistas y moneras.
3.− CARACTERÍSTICAS DE LOS SERES VIVOS
Los seres vivos crecen, se reproducen y responden a estímulos. Si bien hay seres que crecen y no están vivos
(cristales), otros responden a estímulos y no están vivos (nitroglicerina).
Una definición diría que son aquellos que son capaces de reproducirse y evolucionar pero esto excluiría a los
seres vivos que no son capaces de reproducirse.
La característica diferencial de los seres vivos reside en su enorme e intrincada organización y en la posesión
de un programa genético que permite hacer réplicas de esta organización.
4.− UNIDAD DEL MUNDO VIVO
Los seres vivos tienen una unidad de composición: están constituidos por los mismos tipos de moléculas y
están unidos en el tiempo por la evolución.
Todos los seres vivos están constituidos por células, algunos por una sola célula. La célula es la unidad básica
de estructura y funcionamiento de los seres vivos.
La unidad de funcionamiento está basada en la uniformidad de los procesos químicos que tienen lugar en el
interior de la célula.
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5.− SERES VIVOS Y EVOLUCIÓN
La evolución es el proceso del cambio de los seres vivos a lo largo del tiempo. Esto implica que los seres
vivos que existen actualmente descienden de especies diferentes que existieron anteriormente.
Hay diversas teorías para explicar como ocurre la evolución. Darwin propone como mecanismo evolutivo la
selección natural: los individuos mejor adaptados al medio ambiente dejarán más descendencia a su vez mejor
adaptada al medio ambiente.
6.− INTERRELACIONES DE LOS SERES VIVOS. RELACIONES ECOLÓGICAS
Todos los seres vivos de un área (río, lago, país, ambiente...) determinada forman una comunidad.
Las relaciones de dependencia de los seres vivos entre sí y con el ambiente son el objeto de estudio de la
ecología.
7.− ENERGÍA Y VIDA.
Los seres vivos necesitan energía que obtienen directamente de la luz (vegetales) o indirectamente de las
reacciones químicas. El comportamiento de la energía se rige por las leyes de la termodinámica.
La primera ley nos dice que la suma de la materia y la energía en el universo es constante E=m.c2. un vegetal
convierte la energía de la luz solar mediante fotosíntesis en energía química. La primera ley nos dice que la
energía no se crea ni se destruye, solo se transforma.
La segunda ley dice que parte de la energía útil se pierde en esa transformación. Parte de la capacidad que
tiene la energía de realizar un trabajo se pierde en forma de calor. Esta segunda ley afirma que la entropía de
un sistema aislado tiende a aumentar. La entropía vendría a ser el desorden. Ahora bien, conforme un ser vivo
se desarrolla se crea cada vez más orden, no obstante no se viola esta segunda ley, pues se pierde mucha mas
energía en forma de calor que la empleada para poner orden. Luego los seres vivos no son sistemas aislados.
8.− DIVERSIDAD DE LOS SERES VIVOS Y CLASIFICACIÓN
Hoy en día están descritas unos dos millones de especies pero se estima que pueden existir unos diez millones.
El sistema de clasificación actual fue propuesto en el siglo XVIII por Linneo. Clasificó a los seres vivos por
especie y un sistema de nomenclatura en latín binomial.
La especie es la población de individuos semejantes que se cruzan entre ellos dando una descendencia fértil.
Linneo agrupó las especies parecidas en géneros, los géneros similares en familias, las familias se agrupan en
órdenes, estos en clases, la clase en filo y el filo en reino.
Hoy en día se distinguen cinco reinos:
− MONERAS: organismos unicelulares con células primitivas (procariotas) a este reino pertenecen las
bacterias, hay 25000 especies
− PROTISTAS: incluye a organismos unicelulares o con una organización colonial muy sencilla pero cuyas
células tienen núcleo diferenciado (eucariotas). Pertenecen algas y protozoos 150000 especies
− HONGOS: la mayoría son pluricelulares y con células eucariotas. Todos son heterótrofos: necesitan nutrirse
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de otros seres vivos o muertos. (mohos de la fruta, setas y levaduras). Unas 100000 especies
− PLANTAS: organismos pluricelulares que utilizan la luz solar para sintetizar su propia energía (fotosíntesis)
por tanto son autótrofos o auto suficientes. Unas 350000 especies.
− ANIMALES: organismos pluricelulares heterótrofos especies 1200000
De los nombres dados por Linneo el primero corresponde al género y el segundo a la especie latinizados. Si
una especie tiene subespecie se designa agregando una tercera palabra. La taxonomía se dedica a nombra a los
seres vivos.
TEMA 2. LAS MOLÉCULAS
1.− ELEMENTOS QUÍMICOS PRESENTES EN LOS SERES VIVOS
Toda materia está compuesta por elementos químicos. Seis son los elementos químicos fundamentales en la
materia viva: oxígeno (O), hidrógeno (H), carbono (C), nitrógeno (N), fósforo (P) y azufre (S). Hay otros
elementos que se encuentran en menor proporción: hierro, calcio, sodio, potasio, magnesio, cobre, cloro etc.
2.− ÁTOMOS Y MOLÉCULAS
Cada elemento químico se diferencia de los demás por la estructura de sus átomos. Un átomo está constituido
por un núcleo central que contiene protones y neutrones y una nube de electrones que rodea a ese núcleo. El
numero de protones es lo que define a un elemento químico, por ejemplo el hidrógeno tiene uno, el carbono
seis, el nitrógeno siete, el oxigeno ocho.
Los átomos rara vez se encuentran libres en la naturaleza pues tienden a unirse con otros para formar
moléculas. En el enlace de los átomos juegan un papel decisorio los electrones: un átomo puede captar, ceder
o compartir electrones con otro quedando así unido a otro mediante enlaces, formando moléculas.
Una fórmula representa la estructura de una determinada molécula sobre un plano.
3.− LAS MOLÉCULAS D E LOS SERES VIVOS.
Se pueden clasificar en moléculas inorgánicas o moléculas orgánicas. La molécula más importante en los
seres vivos es la de agua (H2O) pudiendo representar hasta el 70% o más del peso. El agua y las sales
minerales de la materia viva constituyen los componentes inorgánicos de la materia viva junto con algunos
gases O2 y CO2.
El resto del peso de un ser vivo lo constituyen las moléculas orgánicas basadas en el carbono. Estas moléculas
son las que caracterizan a los seres vivos. La gran mayoría son exclusivas de los seres vivos. Dentro de las
moléculas orgánicas podemos diferenciar por su tamaño:
• moléculas pequeñas micromoléculas azucares sencillos, aminoácidos, nucleotidos, ácidos grasos,
esteroides
• moléculas grandes, macromoléculas: complejas, son los polisacáridos, proteínas, ácidos nucleicos.
Todas las macromoléculas son polimeros, están formadas por unidades semejantes que se repiten muchas
veces. Así los polisacáridos, están constituidos por azucares, las proteínas por aminoácidos, y los ácidos
nucleicos por nucleotidos. El ordenamiento de estas unidades elementales se llama secuencia. Hay una
enorme variedad de proteínas distintas. 3000 en las bacterias 50000 en el hombre.
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Las moléculas de proteínas son cadenas, secuencias de la combinación de 20 aminoácidos diferentes. Los
ácidos nucleicos se forman por la combinación de cuatro nucleotidos.
Los azúcares sencillos dan lugar polisacáridos. Por su grupo funcional, estructura o propiedades físicas las
moléculas orgánicas se clasifican en: lípidos, glúcidos, proteínas y ácidos nucleicos
4.− LOS CARBOHIDRATOS (GLÚCIDOS O HIDRATOS DE CARBONO
Todos tienen grupos alcohol y grupos aldehido o acetona en sus carbonos. Su tamaño puede ser muy diferente
aunque su estructura es muy homogénea.
Los más sencillos son los azúcares simples (monosacáridos), de ellos el más común es la glucosa (también
llamada dextrosa o azúcar de la uva) su nivel en la sangre la controla el hígado. La glucosa es la molécula que
se sintetiza en la fotosíntesis; de su degradación obtenemos energía los seres vivos.
La fórmula de la glucosa es C6H12O6 pero esta fórmula también es la de todas las hexosas (6 carbonos)
(fructosa, galactosa). La diferencia es de estructura espacial.
Las pentosas (C5H10O5) tienen como destacada la ribosa que forma parte de los ácidos nucleicos. Las triosas
como el gliceraldehido tienen de fórmula C3H6O3.
Los monosacáridos pueden combinarse entre sí para dar disacáridos, trisacáridos y en general polisacáridos.
Disacáridos: sacarosa (azúcar de mesa) glucosa+fructosa
Lactosa (leche) glucosa +galactosa
Polisacáridos: constituyen sustancias de reserva o forman parte estructural de las células. Almidón, glucógeno
y celulosa están constituidos solo por moléculas de glucosa, la diferencia está en el modo en que se unen sus
moléculas y por tanto en su estructura.
El almidón es un polisacárido de reserva que se acumula en las células vegetales, molécula muy insoluble en
agua
El glucógeno es un polisacárido de reserva solo en células animales; cuando disminuye el nivel de glucosa en
sangre, el glucogéno que se almacena fundamentalmente en el hígado, se hidroliza liberando glucosa a la
sangre.
La celulosa está solo en células vegetales y realiza una función estructural. Las diferencias de estructura con el
almidón y el glucógeno son suficientes para que los animales no puedan romper los enlaces ni por lo tanto
digerirla. Solo algunos animales (vacas, termitas) la usan por algunos microorganismos que en su tubo
digestivo degradan la celulosa.
5.− LÍPIDOS
Sus moléculas tienen naturaleza hidrofóbica (son poco solubles en agua) sin embargo son solubles en
disolventes polares (acetona, eter, benceno, cloroformo..)
Los lípidos tienden a formar regiones de exclusión de agua, compartimentos aislados dentro de la célula. Los
lípidos son componentes esenciales en las membranas. Además pueden ser almacenados en las células para
ser utilizados como fuente de energía. Otras moléculas de lípidos actúan como vitaminas u hormonas.
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Los ácidos grasos: constituidos por una larga cadena hidrocarbonada (hidrógeno y carbono) y un grupo ácido
(carboxilo ) en un extremo.
Los ácidos grasos insaturados (dobles enlaces entre sus carbonos) son muy abundantes entre los vegetales y
funden a temperaturas mas bajas que los saturados, de ahí que los aceites vegetales sean líquidos a
temperatura ambiente mientras que las grasas animales no lo son.
Los glicéridos: se conocen con el nombre vulgar de grasas. Pueden tener unidos a las moléculas de glicerina
uno, dos ó tres (triglicéridos) moléculas de ácidos grasos.
Los triglicéridos son depósitos muy concentrados de energía en las células (9 Kcal/gr frente a 4 Kcal/gr de los
glúcidos y proteínas).
Las grasas se acumulan en las células adiposas. En los animales las grasas suelen llevar una elevada
proporción de ácidos grasos saturados, por lo tanto, son sólidos a temperatura ambiente. Los glicéridos con
ácidos grasos insaturados son propios de los vegetales, este tipo de ácidos grasos deben ser ingeridos por el
hombre pues la mayor parte de ellos no puede sintetizarlos.
Los fosfolípidos: compuestos de ácidos grasos, un alcohol, ácido fosfórico y un compuesto nitrogenados. Son
los constituyentes principales de las membranas celulares.
Esteroides: el colesterol es uno de ellos; muy abundantes en la membrana celular y en el plasma sanguíneo.
Algunas hormonas como por ejemplo las sexuales también son esteroides. Algunas vitaminas como la D y los
ácidos biliares.
6.− PROTEÍNAS
Son las moléculas orgánicas más abundantes en las células (50% de su peso seco). Se encuentran en todas
partes de la célula.
Las proteínas son grandes y largas moléculas compuestas de otras moléculas más sencillas llamadas
aminoácidos; por tanto, las proteínas son polimeros donde los aminoácidos son las unidades que se repiten.
Los aminoácidos tienen en común un grupo amino y otro ácido y difieren unos de otros en la estructura del
resto de la molécula (a la que llamaremos grupo R). El grupo R puede ser incluso un átomo de hidrógeno.
Existen 20 aminoácidos diferentes.
Los aminoácidos se unen mediante enlaces peptídicos, al reaccionar entre sí, formando largas cadenas. Un
péptido o polipéptido es una proteína muy pequeña o un fragmento de ella.
Cada proteína de los millones que existen, difiere de otra en el orden de colocación de los aminoácidos y en su
cantidad que puede oscilar entre decenas y miles.
La estructura primaria de una proteína es el conjunto de aminoácidos que la forman y su secuencia. La
estructura espacial o tridimensional de una proteína (estructura secundaria y terciaria) condiciona sus
propiedades o actividad biológica. Cuando una proteína pierde su configuración espacial se dice que está
desnaturalizada (calor, alcohol...). Así la albúmina de la clara del huevo, se desnaturaliza con el calor dando
una masa blanca.
Algunas proteínas tienen función contractil como las del músculo actina y miosina. Otras transportadora como
la hemoglobina. Función de defensa como la inmunoglobulina o papel estructural como el colágeno de la piel
o los tendones.
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ENZIMAS: MECANISMO DE ACCIÓN:
Las enzimas son proteínas cuyo papel es acelerar (hasta cien millones de veces) las reacciones químicas de los
seres vivos.
Una reacción química que transforma una sustancia en otra requiere energía, la energía se suele suministrar en
forma de calor. Esta energía necesaria para los procesos químicos se llama energía de activación. Los seres
vivos no soportan elevadas temperaturas, la presencia de una enzima disminuye la cantidad de energía de
activación necesaria. Las enzimas son catalizadores biológicos.
Las enzimas son proteínas de peso molecular elevado, en cambio la sustancia sobre la que actúan (sustrato)
suele ser una molécula pequeña.
Existen miles de enzimas en un organismo. Las enzimas son muy específicas con respecto a la molécula
sustrato y al tipo de reacción, es decir, cada enzima tiene una estructura y función única.
La enzima y el sustrato se complementan incluso en la forma (modelo de llave cerradura). La región de la
enzima en la que tiene lugar la interacción se llama centro activo.
La enzima se une al sustrato y al separarse la enzima no se ha modificado pero si el sustrato, es decir, la
enzima puede ser utilizada de nuevo.
Sustrato y producto pueden ser más de una sustancia (dos sustratos para una enzima y un solo producto; un
sustrato y dos productos...)
La desnaturalización de enzimas supone su pérdida de actividad al perder su forma espacial.
Muchos de los venenos actúan como inhibidores de la actividad de las enzimas.
Algunas enzimas para funcionar necesitan la presencia de otras sustancias (sales y otras moléculas); estas
sustancias se llaman coenzimas o cofactores y algunos de ellos son las vitaminas.
7.− LOS ÁCIDOS NUCLÉICOS
Son polimeros grandes. Su molécula unidad es el nucleótido. A su vez el nucleótido se compone de tres
moléculas: un azúcar, ácido fosfórico y una base nitrogenada. El azúcar es una pentosa (5 átomos de carbono).
Puede ser ribosa o desoxirribosa (un átomo de oxígeno menos). El ácido fosfórico se encuentra ionizado
(cargas negativas) por lo tanto es un fosfato. La base nitrogenada es capaz de captar hidrógenos; hay cinco
tipos: adenina, guanina, citosina, timina y uracilo.
Los ácidos nucleicos son largas cadenas de nucleótidos enlazadas entre sí por el grupo fosfato. Son las
moléculas más grandes que se conocen formadas por millones de nucleótidos.
Hay dos clases de ácidos nucleicos: el ácido desoxirribonucleico (ADN o DNA) que lleva siempre
desoxirribosa y el ácido ribonucleico (ARN o RNA) que siempre lleva ribosa. Además se diferencian en las
bases nitrogenadas el DNA lleva todas menos uracilo y el RNA todas menos timina.
La estructura espacial del DNA consiste en un par de cadenas arrolladas en espiral (estructura helicoidal) y
unidas por enlaces que se establecen entre sus bases nitrogenadas. El RNA está formado por una cadena
sencilla. Los ácidos nucleicos son las moléculas que contienen la información genética que se almacena según
el orden o secuencia de sus bases nitrogenadas
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TEMA 3 LAS CÉLULAS
0.− INTRODUCCIÓN
La célula es la unidad más pequeña que manifiesta todas las propiedades que caracterizan la vida. La célula es
el punto de partida de todos los organismos.
1.− LA CÉLULA: UNIDAD ESTRUCTURAL Y FUNCIONAL DE LOS SERES VIVOS
A nivel estructural, la célula es la unidad elemental de los seres vivos; por muy grandes que sean están
compuestos por células.
Hay seres vivos unicelulares: bacterias, amebas, muchas algas, algunos hongos...
Cada parte de nuestro cuerpo (huesos, piel, músculo...) está formado por células específicas.
A nivel funcional todas las actividades que desarrollan los seres vivos dependen de las actividades de sus
células. Podemos aislar una única célula y seguiría viva, sin embargo al separarla en componentes
moleculares no tendría la cualidad de viva. Lo que se conoció por teoría celular enuncia que la organización
que llamamos viva no existe en unidades más pequeñas que la célula.
Únicamente los virus no tienen estructura celular, sin embargo para su función utilizan células de otros seres
vivos (son parásitos celulares), es decir, necesitan una célula para vivir.
La célula se compone de biomoléculas, las membranas separan lo que no debe interaccionar y los orgánulos
juntan lo que debe reaccionar.
Una célula únicamente se forma bien por la división de una célula anterior, bien por la unión de dos células en
la célula huevo.
2.− EL DESCUBRIMIENTO DE LA CÉLULA
Las células no fueron descubiertas hasta que no se dispuso de microscopio. Se atribuye a Robert Hooke
(1665) el descubrimiento y nombre de célula. Al observar un tejido vegetal le recordó a las celdillas de un
panal.
3.− LA OBSERVACIÓN DE LAS CÉLULAS
Las células son pequeñas, complejas, incoloras y translúcidas, por ello es necesario observarlas al microscopio
y tintarlas.
El núcleo es un orgánulo esférico de posición casi siempre central. La cromatina llena casi todo el núcleo,
también están los nucleolos.
El citoplasma es el resto de la célula y rodea al núcleo, está lleno de orgánulos y membranas.
Una membrana rodea toda la célula y la aísla.
4.− LA MEMBRANA CELULAR
La membrana que rodea la célula y delimita su espacio físico se llama membrana plasmática. También
controla el contenido químico de la célula (intercambio de materia entre el interior y el exterior de la célula).
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Cuando la membrana pierde esta capacidad de control de intercambio de sustancias, la célula muere.
Hay dos mecanismos para que las moléculas atraviesen la membrana:
• de un modo pasivo, sin consumo de energía, basado en las leyes físicas de difusión (difusión positiva):
las moléculas pasan de la zona de mayor concentración a la de menor concentración hasta que se
iguala el número de moléculas por unidad de volumen. La mayoría de las veces en los procesos de
entrada y salida de moléculas interviene una proteína; en este caso el proceso se llama de difusión
facilitada
• por transporte activo, requiere un gasto de energía. Las proteínas transportadoras consumen energía
química de la célula. El transporte activo es fundamental para el mantenimiento de las
concentraciones moleculares elevadas dentro de la célula.
En la composición química de la membrana hay lípidos 40%, proteínas 52% y carbohidratos 8%.
El modelo de estructura molecular se denomina mosaico fluido. Los lípidos forman una doble capa en la que
los grupos polares se orientan al exterior de la célula y hacia el interior, las proteínas se distribuyen de manera
asimétrica.
En las células vegetales, la membrana se encuentra recubierta de una capa rígida de celulosa (pared celular)
Las membranas están relacionadas con los procesos de reconocimiento de sustancias y comunicación celular.
5.− ÓRGANOS CELULARES
En el interior de la célula existen muchas membranas, unas rodean orgánulos específicos y otras forman un
sistema de membranas más o menos continuo denominado retículo endoplasmático. Todas estas membranas
tienen una composición química y estructural similar a la de la membrana celular (membrana plasmática). de
hecho en muchas zonas existe una continuidad entre la membrana plasmática y las interiores.
Cada orgánulo celular tiene una o más actividades específicas.
RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO
Sistema de membranas con canales y vesículas. Algunas de las membranas tienen unos gránulos llamados
ribosomas. En los ribosomas tiene lugar la síntesis de proteínas. En los sacos del retículo endoplasmático
rugoso se acumulan y procesan las proteínas. El retículo endoplasmático se ocupa de la síntesis de lípidos.
APARATO DE GOLGI
Compuesto de pequeños sacos rodeados por una membrana. Muy abundante en las células secretoras. Se
ocupa de la síntesis de polisacáridos y el procesamiento (modificación) de proteínas y lípidos sintetizados en
el retículo endoplasmático. Algunos lípidos y proteínas son transformados en gluco−lípidos y
gluco−proteínas.
MITOCONDRIAS
Con doble membrana. La externa que la rodea y la interna que forma crestas. Las mitocondrias son las
centrales energéticas. Tiene gran cantidad de enzimas especializadas en la degradación de las moléculas;
funcionan en presencia de oxígeno. La energía procedente de la oxidación de glucosa por ejemplo, se
almacena en moléculas químicas llamadas ATP. La molécula de ATP es un nucleótido en cuyos enlaces se
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almacena energía.
CLOROPLASTOS
Solo está en células vegetales. Contiene un pigmento verde: la clorofila que capta la energía solar necesaria
para transformar el CO2 (dióxido de carbono) en glucosa. Es decir, sintetizar una molécula orgánica a partir
de una inorgánica. Tiene una doble membrana, la externa rodea el orgánulo y la interna forma invaginaciones
llamadas lamelas. Sobre las lamelas se encuentra la clorofila en forma de monedas apiladas.
VACUOLAS Y LISOSOMAS
Las vacuolas digestivas tienen la función de degradación de moléculas. Otras vacuolas contienen acúmulo de
sustancias grasas o proteínas. Algunas vacuolas vegetales almacenan el almidón, otras pigmentos que dan
color a la flor.
Los lisosomas son de menor tamaño que las vacuolas. Contienen gran cantidad de enzimas que degradan las
moléculas inservibles.
EL CITOESQUELETO Y EL MOVIMIENTO CELULAR
El citoesqueleto da consistencia y forma a la célula, canaliza el transporte y está implicado en el movimiento
celular. Está formado por microtúbulos y microfilamentos.
La tubulina (proteína) forma los microtúbulos y otra proteína, la actina, forma los microfilamentos. Ambas
proteínas son responsables de la estructura del citoesqueleto. La tubulina y la actina son capaces de
ensamblarse para dar largas fibras siendo un proceso dinámico y reversible. Este dinamismo
ensamblaje−desensamblaje es causa de la motilidad y los cambios de forma.
Estas proteínas pueden formar estructuras superiores u orgánulos. Tal es el caso del centriolo (solo en células
animales) cuya función es intervenir en la división de la célula en el proceso de separación de los
cromosomas.
Los microtúbulos constituyen orgánulos especializados en el movimiento en medios líquidos: los cilios y los
flagelos.
EL NÚCLEO
En él se encuentran las moléculas de DNA. El DNA se encuentra en el núcleo unido a proteínas formando la
cromatina. La cromatina tiene aspecto fibroso con zonas más densas (heterocromatina) y zonas más laxas
(eucromatina).
Los cromosomas se individualizan en la mitosis.
La membrana nuclear es doble, contiene numerosos poros que facilitan el intercambio núcleo−citoplasma. El
RNA sintetizado en el núcleo sale para llevar la información genética al citoplasma. Por otro lado las
proteínas entran
En el nucleolo tiene lugar la síntesis del RNA que va a constituir los ribosomas (RNA−r)
6.− CLASES DE CÉLULAS
Las células difieren en tamaño y forma, como ya hemos visto las células vegetales tienen una gruesa pared
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recubriendo la membrana plasmática, tienen cloroplastos, no tienen centriolos y tienen grandes vacuolas.
La diferencia de estructura es mayor comparando las células de organismos superiores (protozoos, hongos,
vegetales y animales) que tienen células eucariotas, con las células de organismos unicelulares (bacterias y
algunas algas) con células procariotas.
Las células procariotas no tienen núcleo separado de resto por membranas y prácticamente no tienen
orgánulos diferenciados.
A nivel funcional las células autótrofas son autosuficientes (p.ej. las fotosintéticas) y las heterótrofas necesitan
la energía de los alimentos.
7.− MULTICELULARIDAD
En los organismos pluricelulares hay diferenciación celular, las células se especializan para realizar diferentes
funciones.
La célula de organismos pluricelulares no puede vivir aislada. La especialización ha llevado a la cooperación
e interdependencia de las células.
Un conjunto de células adyacentes y del mismo tipo constituye un tejido. Los tejidos diferentes que cooperan
para realizar una función común forman un órgano. Y un conjunto de órganos con una función compartida nos
da un sistema.
La célula, el tejido, el órgano, y el sistema constituyen diversos niveles de organización de los organismos
pluricelulares.
TEMA 4 LOS GENES
1.− ¿QUÉ ES EL MATERIAL GENÉTICO
El material genético lleva la información que determina las propiedades de un organismo, es decir, la forma
en que se desarrolla, funciona y responde al ambiente. Además es responsable de la transmisión de esta
información a su descendencia.
Gen es la unidad de información responsable de una función específica.
Se heredan los genes de los progenitores, las características son el producto de los genes y emergen durante el
desarrollo y la vida del individuo por lo que influyen los factores ambientales.
2.− IDENTIFICACIÓN DEL MATERIAL GENÉTICO
El material genético reside en el núcleo de la célula y los cromosomas son el vehículo de la herencia. Cuando
la célula se va a dividir se hacen visibles los cromosomas; en los periodos de no división forman una maraña
llamada cromatina. En la división, los cromosomas se dividen por la mitad repartiéndose exactamente entre
las células hijas. El número de cromosomas es idéntico en todas las células de un individuo y en todos los
individuos de una misma especie.
Los cromosomas están compuestos de proteínas y ácidos nucleicos, uno de estos últimos, el DNA, es el
soporte de la información genética. Solo en algunos tipos de virus es otro ácido nucleico (RNA) el que realiza
esta función (es el caso del virus del SIDA).
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3.− ESTRUCTURA DEL DNA: LA DOBLE HÉLICE
La molécula de DNA está constituida por dos largas cadenas de nucleótidos unidas entre sí formando una
doblé hélice.
Como vimos el nucleótido del DNA está formado por un azúcar de cinco carbonos (desoxirribosa), una base
nitrogenada (adenina, guanina, citosina o timina) y un grupo fosfato a través del cual se unen los nucleótidos.
La estructura fosfato−pentosa recorre la hélice mientras las bases se sitúan en el interior. Las bases
nitrogenadas quedan unidas entre sí. La adenina solo se une con la timina y la hace con dos enlaces de
hidrógeno. La guanina y la citosina se unen por tres enlaces de hidrógeno. Los enlaces de hidrógeno
constituyen enlaces débiles.
La información genética del DNA reside en el orden de colocación o secuencia de las bases nitrogenadas.
Conocer la secuencia de las bases equivale a descifrar su mensaje genético.
La estructura del DNA en doble hélice con el apareamiento de las bases limitado (A−T; G−C) implica que una
cadena determina la estructura de la otra, por ello se dice que ambas cadenas son complementarias.
Esto implica que conocida la secuencia de una cadena se conoce también la otra y que en cada molécula de
DNA existe la misma cantidad de adenina que de timina, de guanina que de citosina.
4.− REPLICACIÓN DEL DNA
Para que al reproducirse cada una de las células hijas reciba una copia del material genético el DNA debe
reproducirse también, es decir, hacer copias de su molécula, este proceso se llama replicación del DNA.
La complementariedad de las bases constituye el fundamento del mecanismo de replicación. Para la
replicación la doble hélice se separa en sus dos cadenas por ruptura de los enlaces de hidrógeno que unían a
sus bases, cada una de las cadenas actúa como un molde que especifica el orden de las bases en la síntesis de
una nueva cadena, complementaria a cada una de las dos iniciales. La síntesis de la nueva cadena se realiza
por la adición uno por uno de los nucleótidos en una reacción catalizada por la enzima DNA−polimerasa.
Intervienen más enzimas y proteínas y se necesita energía proporcionada por el ATP.
El mecanismo de replicación del DNA es semiconservativo pues conserva cada una de las dos nuevas dobles
hélices una parte de la antigua cadena.
El DNA se duplica en cada ciclo de división celular. Cada célula que va a duplicarse replica previamente su
DNA.
5.− LOS ERRORES EN EL DNA: MUTACIONES
A pesar de que la enzima DNA−polimerasa tiene capacidad para corregir errores, a veces pueden suprimirse
bases o añadirse o incorporarse una incorrecta.
Un solo cambio en una base puede representar una mutación en un gen. Una vez producida la mutación en el
DNA lógicamente se transmitirá a las células descendientes ya que será copiada cada vez que se divida el
DNA para duplicar la célula.
Cuando la célula que ha sufrido la mutación es reproductora o germinal (espermatozoide u óvulo) se
transmitirá a la siguiente generación de individuos.
No todas las mutaciones se deben a fallos espontáneos durante la replicación, pueden ser provocados por
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agentes mutagénicos: radiaciones (rayos X, partículas radioactivas, luz ultravioleta) y numerosas sustancias
químicas.
6.− ORGANIZACIÓN DE LOS GENES
Los genes son un fragmento, una secuencia del DNA. Las moléculas del DNA son larguísimas y contienen
una sucesión lineal de genes.
En los animales más sencillos (bacterias) solo hay una molécula de DNA que contiene más o menos 3.000
genes. Su tamaño lo expresamos en función del número de nucleótidos o bases (ya que es el mismo) en la
bacteria E. Coli es de 4x 106 pares de bases o 4.000 Kb (kilobases).
El DNA humano es de unas 6x109 pares de bases repartidas en 46 cromosomas (23 pares) y hay unos 30.000
genes. Esta cantidad de DNA mediría estirada unos dos metros, sin embargo se alojan en el núcleo de una
célula (10 micrometros) ya que se asocian a proteínas que logran una ordenada y elevada compactación del
DNA.
La asociación del DNA y proteínas forma la cromatina. La mayoría de las proteínas de la cromatina tiene
función estructural; una de estas proteínas son las histonas. La interacción de las histonas y el DNA forma los
nucleosomas que dan a la fibra de cromatina un aspecto arrosariado. Asociadas al DNA también hay otras
proteínas que son enzimas, por ejemplo la DNA−polimerasa y otras con función reguladora.
7.− LOS CROMOSOMAS
Cuando la célula se va a dividir la cromatina sufre un mayor empaquetamiento dando lugar a unas estructuras
visibles al microscopio óptico: los cromosomas.
El cromosoma es el resultado del plegamiento ordenado de la fibra de cromatina que tiene lugar cuando la
célula se va a dividir.
Cuando la célula se va a dividir necesita repartir la información genética y esto es más sencillo encontrándose
compactado en unidades; para su funcionamiento es mejor una descondensación para exponerse mejor a la
acción de las enzimas y dirigir las actividades de la célula.
El cromosoma tiene una forma alargada de aspecto doble, cada una de las partes idénticas se llaman
cromátidas y se mantienen unidas por una región llamada centrómero. Cada cromátida contiene una molécula
de DNA, una doble hélice altamente plegada por su interacción con las histonas. Las dos cromátidas son
idénticas porque contienen la información proveniente de la replicación del DNA.
Cada especie biológica tiene en todas sus células el mismo número de cromosomas (en el hombre 23 pares).
Se habla de pares de cromosomas porque en las células los cromosomas son iguales dos a dos, están
emparejados en parejas de cromosomas homólogos.
Cada cromosoma de la pareja procede de un progenitor: uno del padre, otro de la madre para cada una de las
parejas de homólogos. Estos cromosomas homólogos no tienen la misma información genética pero sí
información equivalente para los mismos caracteres. Por ejemplo cromosomas que determinan el color de
pelo, uno puede determinar rubio y el otro castaño (no tienen porque ser idénticos, pero ambos determinan el
color de pelo).
Cada uno de los genes de una especie tiene una localización exacta y precisa en sus cromosomas, constante en
todos los individuos.
12
TEMA 5 LOS GENES EN ACCIÓN
1.− DEL GEN A LA PROTEÍNA
El orden de los aminoácidos de una proteína esta dictado por el orden de las bases de un fragmento de DNA,
es decir, de un gen.
El DNA se encuentra siempre en el núcleo de la célula. La síntesis de proteínas tiene lugar en el retículo
endoplasmático, concretamente en los ribosomas. Por tanto debe de existir una molécula intermedia que lleve
las instrucciones para la síntesis de proteínas desde el DNA, esta molécula es el ácido ribonucleico (RNA).
El paso de información del DNA al RNA se llama transcripción y la segunda etapa, del RNA a las proteínas
traducción.
2.− EL ÁCIDO RIBONUCLEICO (RNA)
Es un ácido nucleico cuya estructura química es parecida a la del DNA pues en la síntesis del RNA, el DNA
actúa como modelo. El RNA es una copia complementaria de un fragmento de DNA.
Diferencias entre el RNA y DNA:
• el azúcar del RNA es la ribosa y no la desoxirribosa
• el uracilo (U) reemplaza a la timina (T) como base nitrogenada
• el RNA es una cadena sencilla y no de doble hélice
• las moléculas de RNA son más pequeñas ya que el RNA es copia de un fragmento de DNA
La transcripción o síntesis del RNA sucede así: la doble hélice de DNA se abre por ruptura de los enlaces de
sus bases en la región donde va a ser copiada. Una de las cadenas de DNA sirve de molde para el alineamiento
de las bases de RNA, las bases del RNA son las complementarias al DNA ( G−C, A−U, C−G, T−A). En el
proceso de unión de los nucleótidos interviene la enzima RNA−polimerasa. Al final de la transcripción el
RNA queda libre y se cierra de nuevo el DNA por apareamiento de sus cadenas complementarias.
Así el DNA es la copia maestra de la información genética y el RNA es la copia del DNA. El RNA que lleva
las instrucciones para la síntesis de proteínas se llama RNA mensajero (m−RNA).
Hay otros tipos de RNA también copiados del DNA que intervienen en la síntesis de proteínas aunque no las
codifican.
• RNA ribosómico (r−RNA) constituye el ribosoma
• RNA de transferencia (t−RNA) transporta los aminoácidos. Cada aminoácido es llevado al ribosoma
por su propio t−RNA.
.
3.− UN DICCIONARIO MOLECULAR: EL CÓDIGO GENÉTICO
Como las bases nitrogenadas del RNA son cuatro, para transferir el mensaje en las proteínas que se componen
de 20 aminoácidos, cada aminoácido está representado por más de una base.
Cada grupo de tres nucleótidos (que se llama codón) se corresponde con un aminoácido.
El código genético constituye las reglas de correspondencia entre los codones y los aminoácidos, viene a ser,
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por tanto, un diccionario molecular.
El código genético es universal: el mismo para todos los seres vivos.
De los 64 (43) codones posibles, 61 representan aminoácidos, por tanto hay más de un codón por cada
aminoácido, es decir, hay sinónimos en el código genético. Los otros tres codones representan señales de
terminación. No hay codón específico de iniciación pero la mayoría de las proteínas se inicia con el
aminoácido metionina luego su codón AUG viene a ser una señal de inicio.
DNA m−RNA AMINOÁCIDO
CCA..........................GGU............................Glicerina
TAC...........................AUG...........................Metionina.
4.− SÍNTESIS DE PROTEÍNAS: TRADUCCIÓN
Se inicia cuando un determinado m−RNA se une a un ribosoma. Se termina cuando aparece el codón de fin
(UAA, UAG, UGA). Los aminoácidos no reconocen su codón, por eso el t−RNA se encarga de llevar los
aminoácidos hasta el ribosoma.
Cada t−RNA tiene dos extremos: uno que reconoce y se une a su aminoácido particular y otro que tiene tres
bases complementarias al codón. Estas tres bases se llaman anticodón. El reconocimiento y unión de codón y
anticodón tiene lugar por formación de enlaces hidrógeno entre sus bases complementarias. Este proceso
asegura que cada aminoácido esté en el sitio apropiado. La unión de cada t−RNA con su aminoácido está
regulada por una enzima específica.
Etapas en la síntesis de proteínas:
• El m−RNA se une al ribosoma
• El primer codón del m−RNA reacciona en el complejo (t−RNA1+aa1) generalmente suele ser el
t−RNA+metionina, pues el primer codón del m−RNA suele ser AUG.
• El segundo codón reacciona con su respectivo (t−RNA2+aa2)
• Los dos aminoácidos reaccionan formando un enlace (aa1+aa2)
• El t−RNA1 del primer aminoácido queda libre y sale del ribosoma dispuesto a ser reutilizado
• El tercer codón reacciona con su correspondiente aminoácido (t−RNA3+aa3). De nuevo se forma un enlace
(aa1+aa2+aa3) quedando libre el t−RNA2
• Así sucede hasta llegar al codón de terminación en que se libera la cadena de aminoácidos.
Una vez finalizada la síntesis el m−RNA queda libre y puede ser reutilizado. Es usual que antes de que
finalice la proteína se esté iniciando otra con lo cual el mismo m−RNA puede ser utilizado por varios
ribosomas simultáneamente. Finalmente el m−RNA es degradado.
Para los enlaces peptídicos entre los aminoácidos se necesita energía que se obtiene de la degradación de las
moléculas nutrientes. Esta misma energía se usa para la unión t−RNA+aa y para el movimiento del ribosoma
a través del m−RNA.
5.− CAMBIOS EN LOS GENES: MUTACIONES
Las mutaciones de un gen suponen cambios que afectan a uno o varios de sus nucleótidos y pueden ser:
• Sustitución de un nucleótido por otro.
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• Pérdida de uno o varios nucleótidos
• Adición de uno o varios nucleótidos
Un cambio en la secuencia de nucleótidos de un fragmento de DNA (gen) dará en la mayoría de los casos un
producto génico alterado, es decir, una proteína alterada en algún aminoácido.
El resultado de la mutación suele ser el cambio de un aminoácido por otro lo cual afectará en mayor o menor
grado a la función de la proteína. La pérdida o adición de un nucleótido puede modificar todos los codones y
dar una proteína totalmente distinta.
Las mutaciones ocurren en frecuencia baja y espontánea, al azar. También se pueden producir por agentes
químicos o físicos (radiaciones).
6.−CONSECUENCIAS DE LAS MUTACIONES
Los cambios fisiológicos y anatómicos provocados por ligeras alteraciones de la estructura de las proteínas
pueden tener graves consecuencias.
Ejemplo de albinismo: falta de melanina. En la producción de melanina interviene la enzima tirosinasa que
actúa sobre el aminoácido tirosina. Los individuos albinos tienen el gen mutante que produce una forma
inactiva de tirosinasa.
Otro ejemplo: la anemia falciforme la padecen individuos cuya hemoglobina difiere de la normal solo en un
aminoácido. Este hecho hace que hasta el glóbulo rojo adquiera una forma anormal de hoz o media luna y esto
hace que los glóbulos rojos se apelotonen en los vasos sanguíneos.
7.− REGULACIÓN DE LOS GENES: ACTIVACIÓN Y REPRESIÓN
Un gen se expresa cuando se transcribe y se traduce en una proteína. El promotor de un gen es una región que
regula su actividad.
Las células en organismos pluricelulares, son especializadas, aunque todas tengan los mismos genes realizan
diferentes funciones, es decir, expresan diferentes genes.
Hay pues en cada célula genes activados y genes reprimidos o inactivos.
8.− INGENIERÍA GENÉTICA
Es un conjunto de técnicas y estrategias que permiten nuevas combinaciones de material hereditario.
La donación de genes permite disponer de muchas copias de una pieza de DNA o de un gen concreto para
expresarlos (obtener mucha cantidad de producto proteico) o estudiarlos.
Las bacterias han sido las primeras hospedadoras de genes eucariotas obteniendo en su interior productos
proteicos humanos.
Pasos para clonar un gen:
• Cortar un gen y separarlo del resto del genoma: se logra mediante enzimas de restricción. Estas enzimas
cortan el DNA por un sitio específico (diana). Cada enzima (hay más de cincuenta) tiene distintas
secuencias o dianas de corte.
• Unir el gen a un vector que lo transporte al interior de una célula hospedadora (bacteria). El gen se une a un
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DNA−vector, previamente cortado con la misma enzima de restricción por la zona de las dianas comunes.
Se pegan los fragmentos con enzimas ligasas. Como vectores se utilizan plásmidos o virus que infectan las
bacterias.
• Obtener el producto del gen. El DNA de los plásmidos o de los virus se reproduce deprisa.
• Una vez clonado el gen hay que cortarlo de nuevo para aislarlo con la misma enzima de restricción y luego
separarlo del DNA bacteriano.
Otra forma de obtener grandes cantidades de un gen es la técnica de la reacción en cadena de la polimerasa
PCR.
9.− APLICACIONES DE LA INGENIERÍA GENÉTICA
Convertir bacterias en productores masivos de proteínas (insulina....)
Uso de microorganismos modificados genéticamente para eliminar sustancias contaminantes.
Mejorar el rendimiento agrícola.
Diagnóstico de enfermedades hereditarias.
Terapia génica.
TEMA 6 DIGESTIÓN Y METABOLISMO
1.− NUTRICIÓN, ENERGÍA Y METABOLISMO
El organismo vivo debe mantener alto el nivel de organización frente a la tendencia al desorden (2º principio
de la termodinámica). Esto requiere una continua incorporación de energía. Cada vez que se forman
moléculas grandes a partir de otras más pequeñas se actúa contra el desorden y esto ocurre cuando la célula
crece, se divide o repara las zonas desgastadas.
Los animales son organismos heterótrofos pluricelulares que procesan el alimento en un conjunto de
reacciones llamadas metabolismo para obtener de él materia y energía.
Los animales utilizan el sistema digestivo para transformar los alimentos en moléculas; el circulatorio para
llevar las moléculas a las células donde en presencia de oxígeno proporcionado por el aparato respiratorio son
sometidas a reacciones metabólicas de donde se obtiene materia y energía.
2.− OBJETIVO BIOLÓGICO DE LA NUTRICIÓN
Nutrición es el conjunto de procesos por los cuales los seres vivos utilizan, transforman e incorporan en sus
estructuras una serie de sustancias del medio que los rodea; sustancias que en forma de nutrientes están en el
alimento.
Nutriente es toda sustancia nutritiva, es decir, que aporta materia y energía, contenida en los alimentos.
Los objetivos de la nutrición son:
• aporte de energía
• aporte de materia de construcción y síntesis de las estructuras orgánicas
• aporte de sustancias necesarias para regular los procesos químicos.
16
.
3.− ALIMENTACIÓN Y NUTRICIÓN
La alimentación es el proceso mediante el que tomamos las sustancias contenidas en los alimentos.
La alimentación es un proceso voluntario y consciente mientras la nutrición es un proceso fisiológico
involuntario. La alimentación puede ser heterogénea, la nutrición es un proceso único.
Los organismos eucariótidos fotosintéticos dotados de células con cloroplastos utilizan la energía solar para
convertir agua y dióxido de carbono en carbohidratos (glucosa, almidón...) liberando oxígeno. Estos
organismos, por tanto, convierten energía fotónica del sol en energía química almacenada en los enlaces de
estos compuestos orgánicos sintetizados en la fotosíntesis.
Las células eucariótidas dotadas de mitocondrias degradan estos carbohidratos liberando la energía química
contenida en sus enlaces en un conjunto de reacciones químicas que se llaman respiración celular.
Autótrofos−−−−−6CO2+6H2O+energía−−−−−−−−−−−−C6H12O6+6O2
Heterótrofos−−−C6H12O2−−−−−−−−−−6CO2+6H2O+686 Kilocalorías
Las reacciones que captan energía (fotosíntesis) y las que la liberan (glucolisis y respiración celular) son
reacciones de oxidación reducción. Oxidación es la pérdida de un electrón y reducción la ganancia de un
electrón. La oxidación reducción son simultáneas porque el electrón que pierde el átomo oxidado es recibido
por el átomo que se reduce. La glucosa oxidada pierde átomos de hidrógeno que combinados con el oxígeno
forman agua. Por el contrario en la fotosíntesis los átomos de hidrógeno pasan del agua al dióxido de carbono
que se reduce formando glucosa.
Si la energía se liberase de pronto la mayor parte se perdería en forma de calor que por otra parte podría ser
mortal para la célula. Por esto los seres vivos poseen mecanismos controlados por enzimas que regulan este
proceso de modo que la energía se almacena en determinados enlaces químicos que la liberan en pequeñas
dosis.
Tipos de alimentos por su composición:
Nutrientes orgánicos carbohidratos
Lípidos
Proteínas
Vitaminas
Inorgánicos agua
Sales
No nutrientes Fibra
El único alimento que contiene todos los nutrientes necesarios es la leche materna y esto solo durante los
primeros meses de vida.
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4.− NUTRIENTES ORGÁNICOS.
4.1 GLÚCIDOS O CARBOHIDRATOS
Son los nutrientes más importantes desde el punto de vista energético por ser la forma más económica, fácil y
de rápida asimilación para obtener energía. Compuestos de carbono, hidrógeno y oxígeno a partir de dióxido
de carbono y agua en las plantas. Los hidratos de carbono que la planta no utiliza se acumulan en frutas,
semillas, raíces y tubérculos.
Los monosacáridos de seis carbonos (hexosas) (glucosa, fructosa, galactosa) y los de cinco (pentosas) como la
ribosa, no necesitan ser digeridos y son absorbidos directamente por el intestino. Su degradación metabólica
supone un aporte inmediato de energía.
Los polisacáridos son moléculas de reserva energética en el caso del glucógeno animal y el almidón vegetal.
Otros polisacáridos como la celulosa tienen función estructural en los vegetales.
CARBOHIDRATOS APROVECHABLES son azúcares de rápida absorción.
MONOSACARIDOS.
Hexosas: − glucosa: además de obtenerse directamente se forma en el cuerpo como producto de digestión de
otros glúcidos mayores.
− fructosa: se encuentra en la fruta y la miel
− galactosa
Pentosas: − ribosa
DISACÁRIDOS:
− sacarosa: se encuentra en el azúcar (remolacha y caña)
− lactosa se encuentra en la leche de vaca y humana
− maltosa: se encuentra en la cebada
POLISACÁRIDOS: aparecen en el almidón de cereales, legumbres, patatas y hortalizas.
Los carbohidratos proporcionan aproximadamente la mitad de las necesidades energéticas del organismo.
Todos los carbohidratos excepto la celulosa se convierten por procesos digestivos en azúcares más sencillos,
principalmente glucosa, que metabolizada es degradada a dióxido de carbono y agua con liberación de
energía.
Desde el punto de vista exclusivamente energético (no sería una buena dieta) los carbohidratos no serían
necesarios. Se obtendría energía de la grasa.
CARBOHIDRATOS NO APROVECHABLES
Forman parte de las paredes vegetales y no tenemos las enzimas necesarias para digerirlos. Son la celulosa,
lignina, pectina (en algunas frutas), gomas, mucílagos.
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La fibra es un término que reúne un conjunto de macromoléculas vegetales, sobre todo celulosa y lignina, no
digeribles por las enzimas digestivas humanas. Tiene un efecto preventivo de enfermedades y papel en la
formación de las heces (compactación). Las bacterias de la flora microbiana intestinal se alimentan de ella y
originan productos útiles para nuestro cuerpo y una pequeña cantidad de energía.
4.2 LÍPIDOS
Son solubles en disolventes orgánicos e insolubles en agua. Son la principal reserva energética del organismo.
Un gramo de grasa produce en las reacciones metabólicas de oxidación 9.4 Kc/gr mientras un prótido o un
carbohidrato solo 4.1 Kc/gr pero son más difíciles de absorber y metabolizar.
La mayoría de las grasas que consumimos son triglicéridos.
La energía que proporcionan es debida a la oxidación de sus ácidos grasos en las mitocondrias,
Los lípidos constituyen la reserva corporal energética a medio y largo plazo. Si no ingiriéramos grasa, una vez
consumida la reserva moriríamos. Además la presencia de grasas de origen vegetal es necesaria ya que
muchos ácidos grasos insaturados no pueden ser sintetizados por el hombre.
En los animales de sangre fría y en los vegetales hay aceites líquidos con ácidos grasos insaturados; en los
animales de sangre caliente hay sebos, sólidos, son ácidos grasos saturados. Por hidrogenación los ácidos
grasos insaturados pierden sus dobles enlaces, se saturan y se solidifican (fabricación de margarinas
vegetales).
Cuando se ingieren carbohidratos más de los que se necesitan se almacenan en hígado y músculos como
glucógeno o de manera más permanente como grasa.
4.3 PROTEÍNAS
Cuando se va a sintetizar una proteína y faltan aminoácidos, esta no puede sintetizarse y los aminoácidos son
convertidos en glucosa y oxidados o almacenados.
De los veinte aminoácidos, los humanos pueden sintetizar doce a partir del carbono o de otros aminoácidos, el
resto deben ser ingeridos. Estos ocho se conocen como aminoácidos esenciales y son lisina, triptófano,
treonina, metionina, fenilalanina, valina, leucina, isoleucina.
Las judías son deficientes en triptófano pero importante fuente de lisina e isoleucina. El arroz deficiente en
estas dos últimas lleva una cantidad razonable del resto de aminoácidos esenciales.
Las proteínas de origen animal aportan todos los aminoácidos esenciales.
• VITAMINAS
Actúan como catalizadores o coenzimas en las reacciones bioquímicas del organismo. No tienen una
estructura química común, su punto común es funcional: catalizadores biológicos.
Se consideran micronutrientes ya que se necesitan en pequeñas cantidades. Salvo raras excepciones el ser
humano no las sintetiza. Algunas (K, B1, ácido fólico, B12) pueden sintetizarse por los organismos
intestinales. La vitamina A puede sintetizarse a partir de su provitamina: el caroteno. La vitamina D a partir de
precursores por exposición al sol.
• LIPOSOLUBLES: se absorben junto a los lípidos. Cualquier causa que interfiera la absorción intestinal
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(laxantes, antibióticos) disminuye su ingreso. No se expulsan por la orina por lo que su acúmulo produce
toxicidad. Son:
A (retinol): visión epitelios, mucosas− ceguera nocturna− huevo hígado
D (calciferol): absorción y transporte calcio− raquitismo− huevo, hígado, mantequilla
E (tocoferol): antioxidante, resist hematíes− fragilidad eritrocitos− aceites veg. Huevos, leg
K : síntesis de protombina− mala coagulación− síntesis bacterias intestinales, hoja verde.
• HIDROSOLUBLES: no se almacenan en el cuerpo salvo la B12. Se eliminan por la orina. Son C (ácido
ascórbico), B1 (tiamina), B2 (riboflavina), B3 (niacina o ácido nicotínico), B5 (ácido pantoténico), B6
(piridoxina), B12 (cobolamina), Biotina y ácido fólico.
5.− NUTRIENTES INORGÁNICOS.
AGUA
Es indispensable para la vida por dos razones:
• Es el medio a través del cual entran y salen de la célula las sustancias necesarias para el metabolismo
y los productos de desecho.
• Es el disolvente en el que transcurren las reacciones metabólicas.
Cuanto más rico en grasas es un tejido, menos agua contiene (tejido adiposo 15% de agua; tejido muscular
80%).
Hay agua extracelular (20%), plasma sanguíneo y agua intersticial, también en tejidos óseo, conjuntivo...
El agua intracelular supone un 40% del peso corporal.
El aporte de agua puede ser bebida o en alimentos sólidos. También obtenemos agua (agua metabólica) como
resultado del metabolismo.
El agua se elimina por la orina, heces, pulmón y piel (no−sudor). Se obtiene así un equilibrio que hace casi
constante la cantidad de agua en el cuerpo.
Las necesidades de agua las dictan los factores exógenos (clima, actividad corporal) y endógenos (actividad
secretora, ph interno, grado metabólico).
ELEMENTOS MINERALES
De los noventa elementos químicos existentes en la naturaleza solo 26 se reconocen esenciales para la vida
animal; 11 son macroelementos (C, H, O, N, S, Ca, K, Na, Cl) y 15 microelementos, oligoelementos o
micronutrientes (Fe, F, I...).
No aportan energía pero cumplen las siguientes funciones:
• reguladora: son imprescindibles en muchas reacciones metabólicas.
• Plásticas: forman parte de la estructura de tejidos (p ej el óseo).
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Los minerales esenciales (Ca, P, Fe, Na, k, Cl, Mg, S) son requeridos en cantidad igual o superior a 100
mg/día.
Los minerales no esenciales son requeridos en cantidad inferior a 10 mg/día son Cu, F, Co, Zn. Cr, Mn, I, Mb.
Calcio (Ca): imprescindible en la formación de huesos, metabolismo del hierro y vitamina B. Interviene en el
mantenimiento del tono muscular, transmisión sináptica, procesos de coagulación y permeabilidad de la
membrana celular.
Fósforo (P): componente estructural de las proteínas que constituyen la membrana celular, de las moléculas de
DNA y RNA, de los fosfolípidos, del ATP y el ADP.
Hierro (Fe): el cuerpo contiene unos 4 mg. De hierro de los que 2,5 están en la hemoglobina (imprescindible
en la oxigenación de las células) y 1g. está formando ferritina (hierro y proteína en médula ósea, bazo e
hígado.
Sodio (Na): abundante en el líquido extracelular y en la sangre. Regula la presión osmótica y mantiene el
equilibrio ácido−base en la sangre.
Magnesio (Mg): la mayoría está en el esqueleto. Aproximadamente un 20% está asociado a proteínas del
tejido muscular. Activa la enzima fosfatasa que desempeña un importante papel en la transformación de
energía durante la contracción muscular.
Potasio (K): interviene en el metabolismo de la glucosa y síntesis del glucógeno, también participa en el
equilibrio ácido−base de la sangre y junto con el sodio mantiene el equilibrio osmótico.
Azufre (S): forma parte de la molécula de tres aminoácidos esenciales: metionina, cistina y cisteína, que se
hallan en todas las proteínas.
Cobre (Cu): imprescindible para que el hierro forme parte de la hemoglobina.
Yodo (I): correcto funcionamiento de la glándula tiroidea y síntesis de las hormonas tiroídeas. La tiroxina
regula la velocidad metabólica presente en todos los alimentos.
Manganeso (Mn): interviene en el crecimiento de los huesos, formación y elasticidad de los cartílagos.
Cofactor de un grupo de enzimas que intervienen en el metabolismo de carbohidratos, grasas y proteínas.
Flúor (F): resistencia a la caries por aumento de fijación de calcio y por inhibir el desarrollo de las bacterias
que con sus ácidos producen la caries.
6.− TIPOS DE ALIMENTOS POR SU FUNCIÓN
Son energéticos, plásticos y reguladores.
• ALIMENTOS ENERGÉTICOS:
Aportan como nutrientes carbohidratos y grasas, fuentes y reserva de energía para el organismo.
Las necesidades energéticas de un individuo dependen del metabolismo basal, la actividad física y la
termogénesis.
METABOLISMO BASAL es la necesidad energética mínima del organismo en condiciones basales (reposo
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absoluto, ayuno 12 horas y 22ºC de temperatura ambiente). Es el gasto energético de la actividad involuntaria,
es decir, para mantener la función vegetativa (circulación, respiración..). Viene a ser en adultos de 40
Kcal/m2/hora. El metabolismo basal supone un 50%−70% de las calorías necesarias por día de un individuo
con vida sedentaria.
ACTIVIDAD FÍSICA es la causa más importante del incremento de gasto energético.
TERMOGÉNESIS el comer gasta: la digestión, absorción y transporte de nutrientes.
• ALIMENTOS PLÁSTICOS:
Aportan los nutrientes para reparar o formar los tejidos de nuestro organismo (proteínas y algunos minerales)
• ALIMENTOS REGULADORES:
Aportan vitaminas, minerales y ciertas proteínas (las enzimas) indispensables para las reacciones metabólicas.
7.− CLASIFICACIÓN DE LOS ALIMENTOS POR SU ORIGEN
Su origen puede ser animal o vegetal. Nuestra dieta se compone de carbohidratos, lípidos, proteínas,
vitaminas, minerales, agua y fibra. La falta de glúcidos hará que las proteínas se usen para producir energía
desviándose de su papel plástico.
8.− PROCESOS DIGESTIVOS EN EL HOMBRE
La digestión incluye procesos mecánicos y químicos (digestión mecánica y digestión química). La misión de
los órganos digestivos consiste en reducir los alimentos en partículas que puedan atravesar los capilares.
Cuanto más complejos son los animales más largo y sinuoso es el tubo digestivo (en el hombre unos ocho
metros). El alimento avanza a través del tubo mediante contracciones musculares llamadas peristaltismo.
En la boca las piezas dentales trituran el alimento a la vez que valiéndose de la lengua lo mezclan con la saliva
producida por tres pares de glándulas salivales. La saliva contiene mucus (que lubrica el alimento) y amilasa
(enzima que inicia la degradación química de los almidones). La secreción de la saliva se rige por el sistema
nervioso autónomo e inicia su actuación ante estímulos de las papilas gustativas y las paredes de la boca.
El alimento pasa al esófago. El paso es por peristaltismo inicialmente voluntario y después involuntario hacia
el estómago.
El cardias es un esfínter que regula el paso de la comida del esófago al estómago. El estómago es un saco
musculoso distendible. Las paredes del estómago (mucosa gástrica), células epiteliales, segregan jugo gástrico
que lleva mucus, ácido clorhídrico y pepsinógeno, precursor de la enzima digestiva pepsina. El ClH hace que
el jugo gástrico sea el líquido más ácido del cuerpo. El ácido clorhídrico ClH actúa sobre los componentes
fibrosos y conjuntivos del alimento pero no ataca a las paredes del estómago por el mucus. El ClH también
permite la conversión del pepsinógeno en pepsina que descompone las proteínas a péptidos y que solo puede
actuar en un ph bajo (ácido). Los hidratos de carbono se digieren por la presencia de la saliva y las grasas por
la lipasa regurgitada desde el duodeno. La actuación del estómago se regula por el sistema nervioso y
endocrino. La espera o presencia de alimento estimulan el movimiento de las paredes del estómago y la
secreción de jugo gástrico. Cuando el alimento proteico llega al estómago se genera la hormona gastrina que
es liberada al torrente sanguíneo y cuando llega al estómago hace aumentar sus movimientos y secreción. Por
la acción mecánica del peristaltismo y la acción química del ClH y las hormonas el alimento se transforma en
una masa semilíquida que se transporta mediante peristaltismo hacia el píloro, esfínter que separa el estómago
22
del duodeno (1ª parte del intestino delgado).
En el duodeno se completa la fragmentación del alimento y las moléculas resultantes de la digestión bucal,
estomacal e intestinal son absorbidas a través de la pared intestinal y pasan al torrente circulatorio. La pared
del intestino delgado está muy plegada con numerosos salientes en forma de dedo llamadas vellosidades
intestinales que a su vez forman pliegues llamados microvellosidades.
La digestión química del intestino delgado se realiza por las enzimas presentes en el jugo intestinal, en el jugo
pancreático (líquido alcalino que neutraliza el ácido estomacal) y por la acción de la bilis hepática (producida
en el hígado y almacenada en la vesícula). La bilis contiene una mezcla de sales que emulsionan las grasas en
pequeñas gotitas para favorecer la acción de las enzimas. La bilis también contiene bicarbonato sódico que
ayuda al jugo pancreático a neutralizar la acidez del líquido estomacal. Esto es muy importante ya que las
enzimas intestinales actúan a ph 7 y 8 y serían neutralizadas por el ácido. La solución alimenticia no deja de
moverse y mezclarse con los jugos intestinales gracias al peristaltismo intestinal.
Las amilasas pancreáticas prosiguen la degradación del almidón, iniciada en la boca, en disacáridos. Las
lipasas hidrolizan (rompen las moléculas por incorporación de agua) las grasas a glicerina y ácidos grasos. Las
proteínas se degradan por un grupo de enzimas conocidas genéricamente por proteinasas que las escinden a
polipéptidos las peptidasas escinden los polipéptidos en aminoácidos.
La actividad digestiva del intestino delgado se regula por hormonas y el sistema nervioso autónomo. En
presencia del jugo gástrico ácido, el duodeno libera secretina que estimula el páncreas y el hígado a segregar
sus jugos alcalinos. Las grasas y los ácidos grasos estimulan la producción de otra hormona: la colecistocinina
que estimula la liberación de enzimas pancreáticas y el vaciado de la vesícula biliar. La estimulación o
inhibición de las fibras nerviosas parasimpáticas provocan o disminuyen respectivamente las contracciones
intestinales.
9.− ABSORCIÓN INTESTINAL
Cuando se ha completado la digestión el intestino contiene agua y sales minerales disueltas, monosacáridos,
aminoácidos, ácidos grasos, glicerina y vitaminas. Además hay gotitas de grasa y materiales no digeridos o
indigeribles como la celulosa.
La agitación peristáltica pone en contacto el alimento digerido con las vellosidades y microvellosidades
intestinales favoreciendo el proceso de absorción o transferencia de los nutrientes a la sangre y la linfa
circundantes. Algunas sustancias como el alcohol y algunas medicinas son absorbidas directamente por la
pared estomacal.
Los monosacáridos son absorbidos por difusión y por transporte activo. Los dipéptidos y aminoácidos por
transporte activo. Estas moléculas pasan a la sangre a través de los capilares de las vellosidades que van a
parar a la vena porta hepática que conduce al hígado.
Los ácidos grasos de molécula pequeña también pasan a los capilares; pero los de molécula grande −formando
quilomicrones− y el colesterol −formando lipoproteínas de baja densidad (LDL)− debido a su mayor tamaño
no atraviesan los capilares sanguíneos pasando a los capilares linfáticos del intestino llamados quilíferos.
Estos capilares forman un gran canal que desemboca en una vena a nivel del hombro izquierdo pasando a la
sangre. En la sangre los quilomicrones son desintegrados gradualmente. Las partículas de LDL pasan a las
células hepáticas donde se almacena el colesterol o son secretadas en la bilis o enviadas a otras células.
9.1.− EL HÍGADO
La vena porta se divide en multitud de pequeñas venas que facilitan la transferencia de las sustancias
23
transportadas por la sangre a las células hepáticas que someten los nutrientes a transformaciones químicas y
son devueltos a la sangre. Toda la sangre sale del hígado por la vena hepática cargada de alimento elaborado.
El hígado almacena y libera hidratos de carbono favoreciendo un aporte continuo de energía a las células
(nivel de glucosa constante en sangre). El hígado convierte metabólicamente algunos monosacáridos en
glucógeno y grasa.
El glucógeno almacenado en el hígado puede cubrir las necesidades energéticas del cuerpo por unas cuatro
horas. La grasa se almacena en adipocitos que también pueden sintetizar grasa a partir de la glucosa. El hígado
convierte en glucosa los aminoácidos que no pueden ser almacenados. Toda la glucosa que no pasa a la
circulación sanguínea se almacena en glucógeno.
El nivel de glucosa en sangre se regula hormonalmente por el páncreas que produce insulina y glucagón,
hormonas de acción antagónica que determinan el paso de glucosa a glucógeno y viceversa.
El hígado procesa aminoácidos enviándolos a la sangre y degrada otros transformándolos en urea que será
excretada por los riñones. Fabrica proteínas plasmáticas. Es también fuente principal de las lipoproteínas del
plasma, incluyendo los LDL y HDL que transportan colesterol, grasas y otras sustancias insolubles en agua.
Almacena vitaminas solubles en grasas (A,B,E). Produce bilis hepática que se almacena en la vesícula.
Degrada la hemoglobina de los glóbulos rojos muertos o dañados a bilirrubina, pigmento amarillo liberado a
través de la bilis y excretado por el tubo intestinal. Degrada una gran variedad de sustancias extrañas como el
alcohol.
10.− EL INTESTINO GRUESO
Los materiales no absorbidos en el intestino delgado continúan su camino hacia el intestino grueso por
movimientos peristálticos. La absorción de agua, sodio y otros minerales, en su mayor parte en el intestino
delgado, continua en el grueso.
Durante la digestión entran en el estómago e intestino grandes cantidades de agua, unos 7 litros, en alimentos,
líquidos ingeridos, secreciones digestivas o por ósmosis desde los líquidos corporales. Los animales han
desarrollado mecanismos de absorción de agua principalmente en el riñón pero también en el colon. Durante
las 10 ó 12 horas que permanece el alimento en el intestino grueso se absorbe agua y elementos inorgánicos.
El intestino grueso alberga bacterias simbióticas que degradan parte de las sustancias no digeridas. De la
actividad bacteriana se producen por síntesis aminoácidos y vitaminas, sobre todo la K, que pasan algunas al
torrente sanguíneo.
Después de pasar por el intestino grueso quedan fibras duras, cartílagos y fragmentos de celulosa suspendidos
en cantidades reducidas de agua. La fibra hace que los desechos adquieran suficiente volumen para estimular
los movimientos peristálticos. Mezclados con esto hay pigmentos biliares, excreciones del colon, bacterias y
producto de su actividad. Las heces se mezclan con el mucus que producen las glándulas de las paredes del
intestino grueso con el fin de lubricarlas hasta que son expulsadas por el ano.
11.− PROCESOS METABÓLICOS DE LAS CÉLULAS
La célula transforma energía (química o solar) en cinética, térmica o lumínica. La estructura de la biosfera
está determinada por los intercambios de energía entre los organismos que la integran.
Se admite que el universo es un sistema cerrado. La tierra no lo es ya que recibe energía del sol fundamental
para mantener la vida; todo esto gracias a los organismos fotosintéticos que utilizan la energía del sol para
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sintetizar moléculas de mayor tamaño (azúcares) a partir de moléculas pequeñas (agua y dióxido de carbono).
La energía lumínica se almacena en los enlaces químicos de los azúcares
El metabolismo es un conjunto de reacciones químicas de síntesis y degradación con intercambio de energía.
El anabolismo es el conjunto de reacciones químicas de los procesos de síntesis con gasto energético. El
catabolismo es el conjunto de reacciones de ruptura de moléculas de mayor tamaño con liberación de energía.
El catabolismo tiene dos propósitos:
• liberar la energía necesaria para los procesos anabólicos y otros trabajos de la célula
• suministrar la materia prima necesaria para los procesos anabólicos.
Anabolismo y catabolismo suministran a la célula, a través de procesos de síntesis y degradación, los
materiales que forman su estructura, materiales de almacén y reserva energética y la energía necesaria para
sus fines vitales.
Para el metabolismo deben reaccionar (chocar) unas y otras moléculas venciendo la repulsión que produce su
capa de electrones. La fuerza de choque depende de su energía cinética y de la de las moléculas de la célula es
moderada. Así las reacciones químicas no se harían o serían muy lentas.
La existencia de enzimas que forman asociación pasajera con las moléculas reaccionantes facilitan esta
reacción. El catalizador permanece intacto y se puede reutilizar. Gracias a las enzimas las células desarrollan
reacciones rápidas y, comparativamente, a baja temperatura.
12.− EL ATP
El anabolismo y catabolismo están acoplados a través de un transportador de energía química: el ATP.
El ATP (adenosin trifosfato) es un nucleósido formado por una base nitrogenada (adenina), una pentosa
(ribosa) y grupos fosfato. El ATP almacena en los enlaces de sus grupos fosfato la energía liberada en las
reacciones metabólicas. La hidrólisis del ATP libera fosfato inorgánico y una gran cantidad de energía
aprovechable pasando a ser ADP (adenosin difosfato). También el ADP puede pasar a AMP (adenosin
monofosfato) y liberar energía.
El AMP y ADP captando energía pueden incorporar grupos fosfato y pasar a ADP y ATP respectivamente,
almacenando así energía.
Por la hidrólisis de ATP se pueden sintetizar polimeros como los polisacáridos, proteínas y ácidos nucleicos,
se pueden realizar reacciones de transporte activo de moléculas a través de la membrana celular y reacciones
que generan movimiento.
13.− REACCIONES CATABÓLICAS
Las pequeñas moléculas resultado de la digestión (monosacáridos, aminoácidos, ácidos grasos y glicerina) van
por la sangre y penetran en las células, primero en el citoplasma y luego en las mitocondrias siendo
degradadas totalmente a CO2 y H2O con liberación de energía que impulsa la síntesis de ATP.
En el citosol citoplasmático se da la glucólisis, proceso por el cual la glucosa es degradada anaeróbicamente
(sin oxígeno) a dos moléculas de ácido pirúvico ( de tres carbonos), dando también dos moléculas de ATP.
La segunda fase del catabolismo es la respiración mitocondrial: el ácido pirúvico entra en la mitocondria para
su completa oxidación. Esta fase también se llama catabolismo oxidativo. En las mitocondrias el ácido
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pirúvico se transforma primero en acetil coenzima A (acetil CoA). Esta coenzima es no proteíca como todas
pero asociada a una enzima la convierten en su forma activa (muchas vitaminas son transformadas en
coenzimas). El acetil CoA sufre unas reacciones que transcurren en dos partes: el ciclo de krebs o del ácido
cítrico y la cadena transportadora de electrones, produciéndose CO2, H2O y una gran cantidad de ATP.
Diferentes coenzimas funcionan en este proceso como aceptadoras de electrones que se producen en le ciclo
de krebs y los transfieren a la cadena transportadora de electrones en la que estos van cediendo energía para
formar ATP. Al final de esta cadena los electrones se unen a protones, se combinan con oxígeno y se forma
agua.
Por cada molécula de glucosa se producen 2 ATP glucólisis y 36 ATP en las mitocondrias.
Todas las reacciones catabólicas confluyen en el ciclo de krebs; la combustión de grasas también produce
acetil CoA; el catabolismo de los aminoácidos también proporciona ácido pirúvico y acetil CoA que penetra
en el ciclo del ácido cítrico.
En los organismos anaerobios, la ausencia de oxigeno impide la degradación oxidativa completa del ácido
pirúvico. En este caso en lugar de entrar a las mitocondrias, el ácido pirúvico se ve sometido a fermentación
alcohólica (etanol + CO2) realizada por levaduras o a fermentación láctica (ácido láctico) realizada por
microorganismos y también por las células musculares sometidas a intensa actividad (por mucho que
respiremos el oxígeno no es suficiente para degradar el ácido pirúvico que es degradado a ácido láctico). El
ácido láctico acumulado en el músculo produce sensación de fatiga muscular y su posible cristalización
produce las agujetas. El rendimiento energético de la fermentación es mucho menor que en las reacciones
aeróbicas.
13.1.− REACCIONES DE SÍNTESIS O ANABOLISMO
Anabolismo es el conjunto de reacciones de biosíntesis en las que a partir de moléculas pequeñas se forman
las moléculas más grandes y complejas que forman un organismo.
La energía acumulada en el ATP del catabolismo es la empleada en las reacciones anabólicas o de síntesis.
Además muchos monómeros necesarios para la síntesis anabólica de polímeros son proporcionados en las
reacciones catabólicas de carbohidratos, grasas y proteínas.
El catabolismo y anabolismo están acoplados a través de sistemas enzimáticos que permiten la transferencia
de energía.
Las principales macromoléculas sintetizadas son proteínas, polisacáridos y polinucleótidos (ADN y ARN).
Estas reacciones de síntesis son de deshidratación, pérdida de agua y consumo de energía proporcionada por
desfoforilización de ATP.
Los polisacáridos sintetizados (principalmente glucógeno), son utilizados como reserva energética, en los
vertebrados principalmente en el hígado y los músculos.
Cuando el nivel de glucosa es elevado en la sangre, la insulina (producida por el páncreas) estimula la síntesis
hepática de glucógeno. Cuando el nivel es bajo, el páncreas libera glucagón que estimula al hígado a que
hidrolice glucógeno a glucosa que pasa al torrente sanguíneo.
La síntesis de grasas (triglicéridos o acilglicéridos) viene de una molécula de glicerol y tres ácidos grasos. Los
fosfolípidos, fundamentales en las estructuras membranosas, se sintetizan a partir de una molécula de glicerol,
dos de ácidos grasos y un grupo fosfato. Los glucolípidos, también presentes en la membrana celular, se
sintetizan de glicerol, dos ácidos grasos y un carbohidrato.
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Las proteínas, polimeros de aminoácidos o polipéptidos, se sintetizan en los ribosomas celulares.
La síntesis anabólica de ácidos nucleicos supone reacciones de polimerización de nucleótidos que resultan a
su vez de la síntesis de pentosa, grupo fosfato y la base nitrogenada.
14.− REGULACIÓN DEL METABOLISMO
La célula controla las cantidades de productos sintetizados regulando temporalmente la presencia y cantidad
de enzimas que catalizan estos procesos.
Este proceso de inhibición enzimática se llama de regulación por retroalimentación o feedback y es temporal y
reversible.
Ante intensa actividad los hepatocitos (células hepáticas), metabolizan el ácido láctico, producido en el
músculo por fermentación, que se transforma de nuevo en glucosa.
TEMA 7 RESPIRACIÓN Y CIRCULACION
1.− FISIOLOGÍA DE LA RESPIRACIÓN
El intercambio gaseoso ocurre por difusión (movimiento de partículas de una región de mayor concentración a
la menor). Al hablar de gases se habla de presión, no de concentración.
El oxígeno está en el aire a una presión del 21%, presión a la que se disuelve en el agua y a la que el aire pasa
por difusión al cuerpo de los organismos terrestres.
La piel, bronquios, traqueas o pulmones (según animales), constituyen una superficie respiratoria a través de
la cual se difunde oxígeno hacia dentro y dióxido de carbono hacia fuera. Este intercambio de gases se
produce entre el ambiente externo y los líquidos que circulan por el cuerpo y entre éstos y las células de los
tejidos.
El oxígeno entra en las células por difusión, participa en las reacciones de oxidación de los compuestos
orgánicos, procesos en los que se produce CO2 que se difunde fuera de la célula.
Sin embargo solo por difusión el oxígeno no llegaría a todas las células desde los pulmones. El sistema
circulatorio permite el transporte de los gases a las células.
Las branquias y pulmones presentan grandes superficies para facilitar el intercambio gaseoso, además de
presentar una abundante irrigación sanguínea.
Los pulmones al ser cavidades internas pueden mantener húmedas las superficies respiratorias sin que se
evapore demasiada agua. En reptiles, aves y mamíferos el aire entra y sale de los pulmones gracias a cambios
de tamaño producidos por movimientos musculares.
El proceso respiratorio tiene cuatro etapas:
• movimiento del oxígeno hasta la superficie de intercambio (membrana húmeda con capilares)
• difusión del oxígeno a la sangre a través de esa membrana
• movimiento del oxígeno hacia los tejidos donde será utilizado metabólicamente
• difusión del oxígeno desde la sangre a las células de los tejidos.
El CO2 producido en las células lleva el proceso a la inversa.
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2.− LA RESPIRACIÓN EN EL HOMBRE
El aparato respiratorio humano está formado por nariz y boca, faringe, laringe, tráquea, bronquios y pulmones.
La inspiración y espiración se suele realizar por la nariz. Las células que tapizan las cavidades nasales poseen
pelos y cilios que capturan polvo y partículas extrañas; además las fosas nasales están muy irrigadas con lo
que calientan el aire.
El aire se calienta y limpia en la nariz de donde pasa a la faringe, laringe −con cuerdas vocales− y a la tráquea
reforzada con anillos cartilaginosos que impiden su colapso en la inspiración. De la tráquea pasa a los
bronquios que se subdividen ramificándose en conductos cada vez más pequeños (bronquiolos) que terminan
en los alvéolos con forma de saco entre 0,1 y 0,2 mm de diámetro. Los alvéolos tienen unas paredes muy finas
rodeadas por numerosos capilares, ambas cosas facilitan la difusión.
Traquea, bronquios, y bronquiolos están tapizados por células epiteliales secretoras de mucus y ciliadas. El
mucus reviste al sistema respiratorio y captura partículas extrañas (los alvéolos son muy finos), los cilios
llevan el mucus y las partículas extrañas hacia la faringe donde son deglutidos.
El pulmón izquierdo humano es un poco más pequeño que el derecho por dejar sitio al corazón. Los pulmones
tienen unos 300 millones de alvéolos que suponen unos 70 m2 de superficie respiratoria (40 veces más que la
superficie corporal). Los pulmones están rodeados por la pleura, fina membrana que segrega un líquido
lubricante que permite el suave movimiento de los pulmones en la caja torácica. La inflamación de la pleura
(pleuritis) produce excesiva secreción que da problemas respiratorios.
3.− COMO RESPIRAMOS
Cuando la presión alveolar es mayor que el ambiente, el aire sale de los pulmones (espiración). Cuando es
menor se produce la inspiración.
La presión en los pulmones varía con los cambios de volumen de la caja torácica que se producen por
contracción o relajación del diafragma y los músculos intercostales. En la inspiración se contraen el diafragma
y los músculos intercostales mueven las costillas hacia arriba agrandando la caja torácica con lo que la presión
interior disminuye y el aire entra. Al relajarse, el diafragma se abomba y las costillas descienden con lo que se
reduce el volumen torácico y aumenta la presión con lo que el aire sale.
En una respiración normal solo se intercambia un 10% del aire contenido en los pulmones.
4.− LA HEMOGLOBINA
Presente en los glóbulos rojos es una proteína globular de estructura cuaternaria (cuatro cadenas de
polipéptidos). Cada una de las cadenas se combina con un grupo hemo (que contiene hierro). Cada molécula
de hemoglobina fija cuatro moléculas de oxígeno, una por cada cadena ya que es el hierro el que se combina
con el oxígeno.
Cada glóbulo rojo posee unos 256 millones de moléculas de hemoglobina que se oxida tomando un color rojo
más intenso. La hemoglobina se combina o libera oxígeno en función de la concentración de oxígeno
circundante. En los alvéolos, con alta concentración de oxígeno, la hemoglobina está combinada con oxígeno;
en los tejidos con baja concentración de oxígeno, lo libera al plasma y éste se difunde a las células.
5.− CONTROL DE LA RESPIRACIÓN
El ritmo y profundidad de la respiración los controla el sistema nervioso, en concreto las neuronas
respiratorias del encéfalo que activan las neuronas motoras de la médula espinal que provocan la contracción
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de los músculos del tórax y el diafragma. Estas neuronas detectan la concentración de oxígeno y dióxido de
carbono en sangre.
El control del proceso respiratorio es involuntario, sin embargo también se puede aumentar el ritmo
respiratorio contrayendo o relajando los músculos respiratorios a voluntad.
6.− EL APARATO CIRCULATORIO
La sangre es el principal vehículo de comunicación entre las células del organismo. La sangre transporta los
nutrientes y el oxígeno que lleva a las células del organismo. La sangre transporta los nutrientes y el oxígeno
que lleva a las células y los productos de excreción y el CO2 que se han producido en la actividad metabólica.
El CO2 se expulsa por difusión en los pulmones y la urea y otros desechos se procesan en el riñón. La sangre
también transporta hormonas, enzimas y anticuerpos
7.− COMPOSICIÓN DE LA SANGRE
Un adulto posee unos seis litros de sangre. El 60% de la sangre es un líquido llamado plasma que en su mayor
parte es agua y que contiene proteínas plasmáticas como la albúmina, fibrinógeno y globulinas (entre las que
se encuentran las inmunoglobulinas o anticuerpos). En el plasma se transportan la mayoría de las sustancias
(excepto el CO2 y el O2 transportados por la hemoglobina de los eritrocitos). El 40% restante lo constituyen
los eritrocitos, leucocitos y trombocitos.
Los glóbulos rojos o eritrocitos son células especializadas en el transporte de oxígeno. En la madurez pierden
su núcleo y mitocondrias con el fin de ganar volumen a ocupar por la hemoglobina. Al carecer de núcleo no
lleva instrucciones para renovar o reparar la célula y su vida media es baja (120 a 130 días). Su destrucción se
produce en el bazo y en el hígado. Existen unos 5 millones/mm3. Los fabrican los órganos hematopoyéticos
del cuerpo, en especial la médula ósea. En la destrucción del glóbulo rojo la hemoglobina se descompone en
bilirrubina que desde la sangre es absorbida por el hígado y pasa a formar parte de la bilis. Cuando el hígado
esta enfermo no puede absorber toda la bilirrubina que queda en la sangre provocando un color de piel
amarillento propio de la ictericia.
Los glóbulos blancos o leucocitos son más grandes que los eritrocitos, casi incoloros y con núcleo. Solo hay
6000 a 9000/mm3. Su principal función es la defensa contra bacterias, virus y otras partículas extrañas. A
diferencia de los eritrocitos son deformables y pueden extravasarse del torrente sanguíneo a los tejidos
valiéndose de pseudópodos que les permiten fagocitar al agente extraño y combatir la infección. Muchos
mueren combatiendo infecciones y son repuestos por el bazo, la médula ósea y otros tejidos.
Las plaquetas o trombocitos son bolsas incoloras e irregulares de tamaño como medio eritrocito. No tienen
núcleo, son pequeñas bolsas de fragmentos de citoplasma de células más grandes que se encuentran en la
médula ósea y actúan como precusores de las plaquetas. Hay unas 250.000/mm3. Participan en la
coagulación, evitan que por los vasos rotos haya pérdida excesiva de sangre. Al romperse un vaso, las
plaquetas se adhieren a las paredes rotas, se rompen y liberan ciertas sustancias, una de ellas es un fosfolípido
necesario para que la protombina presente en la sangre pase a su forma activa: trombina, enzima necesaria
para que el fibrinógeno, proteína sanguínea soluble, pase a fibrina, proteína insoluble que forma un coagulo de
sangre que tapona la herida. El fosfolípido de las plaquetas y la trombina se desactivan rápidamente, así solo
se coagula la zona de la herida.
Además de no producir trombina más que en caso necesario la sangre lleva heparina, que es un anticoagulante
natural.
La hemofilia se debe a la falta de un gen localizado en el cromosoma que codifica la síntesis de una proteína:
FACTOR VIII, necesaria para que se produzca la cadena de reacciones que desembocan en la fibrina.
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8.− APARATO CARDIOVASCULAR
Formado por el corazón y los vasos sanguíneos en un circuito cerrado. El corazón bombea la sangre que pasa
a las grandes arterias, las arterias se ramifican en arteriolas y estas en capilares que comienzan en vénulas, y
de ahí pasan a venas cada vez más recias.
Las arterias poseen paredes elásticas, fuertes y gruesas que soportan la alta presión de la sangre al salir del
corazón. En las arteriolas el grosor de la pared va disminuyendo; al llegar a los capilares es de tan solo una
célula. Las paredes de las venas son finas y dilatables lo que reduce la resistencia al flujo de sangre que vuelve
al corazón. El intercambio de nutrientes y gases con los tejidos tiene lugar en los capilares.
9.− EL CORAZÓN
El corazón se encuentra dividido en dos órganos, el derecho y el izquierdo que reciben sangre venosa y
arterial respectivamente y que no están comunicados. El corazón derecho recibe la sangre de las venas cava
superior e inferior, entra en la aurícula derecha y pasa (por la válvula tricúspide) al ventrículo derecho que
propulsa la sangre venosa a los pulmones a través de las arterias pulmonares (circulación pulmonar o menor)
donde se oxigena. De aquí la sangre ya oxigenada (arterial) vuelve por las venas pulmonares a la aurícula
izquierda, pasa por la válvula mitral al ventrículo izquierdo para ser bombeada a gran presión a través de la
arteria aorta hacia los tejidos corporales (circulación sistemática, mayor o general).
Aurículas y ventrículos están separados por la válvula tricúspide en el lado derecho y la válvula mitral en el
izquierdo.
Las válvulas entre los ventrículos y la arteria pulmonar y aorta se cierran tras la contracción del ventrículo par
evitar el retorno de la sangre. Los sonidos del latido corresponden en un primer sonido al cierre de válvulas
entre aurículas y ventrículos y en un segundo sonido al cierre de las válvulas que separan arterias de
ventrículos. El soplo cardiaco es el sonido de la sangre que regresa a través de una válvula mal cerrada.
Las paredes del corazón están formadas por miocardio, un músculo que se autoestimula para contraerse. La
contracción del miocardio se inicia en el nódulo sinoauricular, en la aurícula derecha, que funciona como
marcapasos; al contraerse se produce una onda de excitación que se propaga a gran velocidad por la aurícula
derecha e izquierda que se contraen casi al mismo tiempo. Posteriormente, a gran velocidad se transmiten
impulsos que contraen los ventrículos derecho e izquierdo.
Aunque el corazón se autoestimula el latido está bajo control nervioso. El encéfalo desde el centro de ritmo
cardiaco, mantiene el ritmo del corazón ajustado a las condiciones orgánicas y ambientales. Desde el encéfalo
parten dos pares de nervios hacia el corazón. El par de nervios simpáticos va por la médula espinal hasta el
corazón provocando su aceleración. El par de nervios parasimpáticos forma parte del nervio vago (del cuello)
y sus impulsos frenan el ritmo cardiaco.
El centro de ritmo cardiaco se deja influir por los sentidos (vista, oído...). El ritmo aumenta cuando baja el pH
sanguíneo; el dióxido de carbono eleva su concentración cuando aumenta el trabajo muscular (el CO2 pasa en
el agua de la sangre a ácido carbónico bajando el pH). La adrenalina procedente de las glándulas suprarrenales
también acelera el ritmo cardiaco.
Las arterias coronarias son las encargadas de llevar al miocardio el aporte de nutrientes y oxígeno. El
taponamiento de una arteria coronaria debido a un coágulo o trombo puede dar lugar a que el miocardio no
reciba suficiente sangre y presente un cuadro doloroso de angina de pecho que puede desembocar en un
infarto. Cuando el trompo se produce en una arteria que va al cerebro se produce un ataque de apoplejía.
Dado que el corazón es un músculo puede crecer con el ejercicio físico.
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10.− LA PRESIÓN SANGUÍNEA
La presión sanguínea es la fuerza por unidad de superficie que la sangre ejerce contra las paredes de los vasos
sanguíneos. Se la describe en términos de la altura a la que empujaría una columna de mercurio que en un
adulto joven suele ser de 120mm de mercurio cuando los ventrículos se contraen y de 80 mm cuando se
relajan.
La presión es generada por el bombeo del corazón. A mayor presión mayor será la velocidad de circulación de
la sangre.
La presión sanguínea se regula por retroalimentación negativa: cuando baja, la actividad cardiaca aumenta y
los vasos sanguíneos se contraen con lo cual aumenta la presión. Cuando sube disminuye la actividad
cardiaca, los vasos sanguíneos se dilatan y la presión disminuye.
11.− SISTEMA LINFÁTICO
Parte del líquido sanguíneo que sale de los capilares para llegar a las células, no entra en ellas y queda como
líquido intersticial que no regresa al torrente sanguíneo sino que es recogido por el torrente linfático que lo
devolverá después al torrente sanguíneo.
El sistema linfático juega un papel en cuanto al la absorción intestinal de las grasas y en la defensa
inmunitaria del organismo.
El sistema linfático está formado por una red de vasos y ganglios. Recoge los líquidos que no son devueltos a
los capilares y constituyen la linfa. La linfa no posee eritrocitos ni trombocitos. Lleva leucocitos
(principalmente linfocitos) y grasas absorbidas en el intestino.
Como el sistema linfático no posee corazón, los vasos linfáticos poseen válvulas que impiden el regreso (al
igual que las venas) y soportan contracciones de los músculos esqueléticos que los comprimen favoreciendo el
avance de la linfa en un solo sentido. Los capilares linfáticos salen de los tejidos y se reúnen formando
conductos mayores hasta desembocar en las venas subclavias (debajo de las clavículas), venas que
desembocan en la cava. Por tanto el sistema linfático es de circulación y transporte de retorno a la circulación
general de materiales necesarios para el organismo.
Los ganglios linfáticos filtran, separan y fagocitan los productos de desecho (restos celulares, células muertas,
microbios...) antes de que la linfa pase a la sangre. Por ejemplo en los pulmones la linfa recoge restos de
polvo, humo y los transporta a los ganglios donde se eliminan.
Además los ganglios son centros de formación de linfocitos con importante papel inmunitario.
TEMA 8 HOMEOSTASIS E INMUNIDAD
1.− REGULACIÓN HOMEOSTÁTICA
Los órganos y aparatos del cuerpo deben funcionar en las condiciones químicas adecuadas. Así se deben
mantener esas condiciones de estabilidad y equilibrio químico, es decir en equilibrio homeostático.
La regulación homeostática supone mantener un equilibrio químico adecuado (por ejemplo ya vimos que el
agua es el vehículo de entrada y salidas de moléculas a la célula y el medio químico en que tienen lugar las
reacciones celulares).
En la actividad metabólica se producen sustancias de desecho que pueden alterar el equilibrio químico de la
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célula. Además la actividad celular debe darse en unos márgenes estrechos de temperatura.
Las funciones homeostáticas más importantes son las que afectan al mantenimiento de la composición
química interna y por tanto también al equilibrio hídrico y la regulación de la temperatura corporal. Para
desarrollar estas funciones homeostáticas trabajan los sistemas de excreción del organismo y en especial los
riñones.
2.− LA REGULACIÓN DEL MEDIO QUÍMICO
La actividad celular es una actividad química que precisa determinadas condiciones (de pH, temperatura,
presión osmótica, concentraciones de solutos etc.). Para mantener el equilibrio químico interno se debe dar
solución a tres problemas: mantener el equilibrio hídrico, excretar los residuos del metabolismo (CO2, H2O,
NH3, urea y ácido úrico) y regular la concentración química en sangre, líquidos intersticiales y medio acuoso
intracelular. La solución a estos tres problemas pasa por la existencia de un balance adecuado entre el agua
ingresada y expulsada por el organismo.
Además de los riñones (pieza fundamental de la excreción) trabajan en esto los pulmones (expulsión del
CO2), la piel (que elimina agua y productos de desecho con el sudor) y el intestino grueso que expulsa
sustancias no digeribles y una pequeña cantidad de agua.
Determinados iones (Na, H, Ca, Mg, k...) son imprescindibles para la permeabilidad de las membranas, el
mantenimiento del pH sanguíneo, la propagación del impulso nervioso o la contracción muscular. La
concentración de estos iones depende de la cantidad de ellos y de la cantidad de agua en la que se disuelven.
3.− EXCRECIÓN Y SISTEMAS EXCRETORES
Además de eliminar desechos intervienen en la regulación de la composición química de los líquidos
corporales (homeóstasis). Por tanto en realidad son sistemas reguladores.
La presión osmótica es proporcional a la concentración de sal. Cuando se pierde agua aumenta la presión
osmótica por se mayor la concentración de sal. Para mantener constante la presión osmótica se debe frenar la
salida de agua y/o aumentar el ingreso. Disminuir la salida es frenar la función renal a través de la hormona
vasopresora o antidiurética ADH que aumenta la reabsorción de agua en los riñones. Al aumentar la presión
osmótica el hipotálamo libera esta hormona. El aumento de la presión osmótica también aumenta la sensación
de sed.
Los desechos fundamentales son el dióxido de carbono, el amoniaco, la urea y el ácido úrico, además agua y
sales minerales sobrantes (es cuestión de cantidad). Es decir en el caso del agua y sales minerales la cuestión
es mantener el equilibrio osmótico necesario.
Los sistemas excretores realizan su función a través de tres procesos: filtración, reabsorción y secreción.
La filtración tiene lugar entre los líquidos circulantes del cuerpo (sangre o linfa) y el interior de una estructura
con función excretora. La presión sanguínea suministra la fuerza para la filtración. Las células y proteínas no
pasan a través del filtro, si pasan la mayoría de los componentes con lo que le filtrado recogido es líquido
intersticial que forma la orina inicial.
La orina inicial fluye hacia el exterior del sistema excretor por una zona en la que se realiza la reabsorción.
Las células excretoras extraen las sustancias necesarias y las devuelven a la sangre. Si se reabsorben sales, la
orina resultante en esta fase es hipotónica, si se reabsorbe agua hipertónica.
La secreción consiste en el paso de ciertos productos que deben ser excretados de la sangre a la orina (proceso
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opuesto a la reabsorción).
4.− EL RIÑÓN
Se compone de la corteza y la médula renales. En la zona interior está la pelvis renal, cavidad colectora que
desemboca en el uréter. El uréter es un tubo que desemboca en la vejiga. Al riñón entra la arteria renal cargada
de desechos y sale la vena renal con sangre purificada de las sustancias de desecho. Toda la sangre pasa por
los riñones unas veinte veces cada hora.
Tanto en la corteza renal como en la médula se encuentran las nefronas. Cada nefrona consiste en un racimo
de capilares (glomérulo), un bulbo llamado cápsula de Bowman y un tubo llamado túbulo renal. Una parte del
túbulo renal es el asa de Henle. La orina formada en cada una del aproximadamente millón de nefronas pasa a
los tubos colectores que desembocan en la pelvis renal, de ahí pasa al uréter hasta la vejiga donde se almacena
la orina para ser excretada por la uretra.
El filtro glomerular produce un líquido parecido al plasma pero sin proteínas. En el tubo renal se selecciona el
filtrado, si sobra agua en el cuerpo se forma mucha orina diluida. Si falta se elimina poco volumen de orina
concentrada.
5.− MECANISMO EXCRETOR DEL RIÑÓN
La arteria renal se divide en arteriolas cada vez más pequeñas que van a parar a cada uno de los glomérulos.
La sangre circula por el glomérulo a mayor presión de forma que el plasma y las sustancias de bajo peso
molecular atraviesan la membrana del glomérulo a la cápsula de Bowman. Este es el primer proceso: el de
filtración.
Este filtrado inicia su largo recorrido por los túbulos renales cuyas finas paredes están formadas por una capa
de células especializadas en reabsorber ciertas moléculas del filtrado y secretar otras. Durante la secreción las
sustancias que no habían pasado a la cápsula de Bowman pasan de los capilares al filtrado. Simultáneamente
se reabsorbe la mayoría del agua y de las moléculas útiles que permanecían en el filtrado y pasan a los
capilares. La urea se reabsorbe aproximadamente en un 50%.
La diabetes mellitus supone la presencia de alta concentración de glucosa en la orina. Esto es debido a la
inadecuada producción de insulina. La insulina hace aumentar el ritmo de entrada de la glucosa de la sangre a
músculos e hígado. Su deficiencia hace que la glucosa quede en la sangre y se excrete con la orina.
6.− CONTROL HORMONAL DE LA FUNCIÓN RENAL.
Algunas hormonas actúan sobre la nefrona provocando la modificación de la composición de la orina.
La aldosterona producida en las glándulas suprarrenales estimula la reabsorción de sodio y la secreción de
potasio. En la enfermedad de Addison se pierde orina con mucho cloruro sódico y agua.
La ADH o antidiurética se forma en el hipotálamo y se almacena en la hipófisis, actúa sobre los tubos
colectores de las nefronas aumentando su permeabilidad al agua (variación de la concentración de la orina).
La cantidad de ADH liberada depende de la presión osmótica de la sangre. El alcohol suprime la secreción de
ADH aumentando la producción de orina.
7.− RESPUESTA INMUNE.
Es la forma en que la célula y el organismo se defienden frente a posibles agresiones sufridas por
microorganismos externos o partículas extrañas.
33
8.− DEFENSAS INESPECÍFICAS.
La primera barrera de defensas la forma la piel y las mucosas que tapizan el tubo digestivo, aparato
respiratorio y el tracto génito−urinario que están en contacto con el medio externo. Las células epiteliales
además de ser barrera física, segregan sustancias bactericidas (el sudor es bactericida por ser ácido, las
lagrimas, los mocos nasales y las saliva son secreciones defensivas ya que poseen lisozima de acción
bactericida. El jugo gástrico ayuda a destruir los microorganismos que llegan al estómago. Además algunas
zonas del aparato respiratorio tienen células epiteliales ciliadas.
Cuando estas barrearas no frenan el avance de microorganismos se pone en marcha el segundo nivel defensivo
inespecífico (respuesta inespecífica) o incluso el tercer nivel específico (respuesta inmunitaria).
9.− RESPUESTA INESPECÍFICA
Cuando el microorganismo consigue atravesar la primera barrera de defensas, la zona afectada libera
histamina a través de sus células. La histamina favorece el aumento de circulación sanguínea y la
permeabilidad de los capilares de la zona. Así los leucocitos salen de los capilares y se concentran en la zona
fagocitando con sus pseudópodos las partículas invasoras y a veces generando en su acumulación la
formación de pus. Esto origina un enrojecimiento de la zona afectada (mayor flujo de sangre), inflamación y
aumento local de la temperatura y dolor. Este cuadro de temperatura puede ser local o provocar reacciones
sistémicas (fiebre).
Esto constituye la respuesta inflamatoria, en la que actúan los leucocitos fagocitarios (macrófagos y
neutrófilos) que se producen en la médula ósea de los huesos largos al igual que el resto de los leucocitos y
eritrocitos. Desde allí acuden a la zona afectada y también se alojan en bazo, ganglios linfáticos, hígado y
pulmones donde atrapan agentes infecciosos y partículas extrañas.
Otro mecanismo defensivo inespecífico es la producción de interferón. Cuando una célula es atacada libera
interferón que se une a los receptores de membrana de las células vecinas. Esta unión estimula a la célula no
infectada a producir enzimas que bloquean la traducción del ARNm viral en proteínas de forma que impiden
que nuevos virus infectantes puedan reproducirse. Además el interferón se une a los receptores de membrana
de los leucocitos estimulando la respuesta inflamatoria y la inmunitaria.
10.− RESPUESTA INMUNITARIA.
El sistema inmunitario defiende a nuestro cuerpo elaborando respuestas inmunes. Los órganos que forman
este sistema son fundamentalmente la médula ósea y el timo. Además están los ganglios linfáticos, amígdalas,
bazo y pared intestinal. En los ganglios linfáticos se concentran gran cantidad de linfocitos y macrófagos.
La respuesta inmunitaria es una defensa específica: diferencia microorganismos y moléculas extrañas de otras
semejantes. Por ejemplo nuestro sistema inmunitario reconoce como diferentes a diferentes virus de gripe y
elabora respuestas defensivas diferentes.
El sistema inmune reconoce, pues, al invasor y elabora una respuesta particular, pero además tiene memoria lo
que le permite reconocer organismos patógenos a los que ya había estado expuesto. Produce un tipo de
linfocito de larga vida en el primer contacto con el agente extraño; en un segundo contacto se detecta con
rapidez la presencia del agente patógeno y desencadenan rápida la respuesta defensiva. Este mecanismo
funciona con muchas enfermedades que solo se producen una vez en la vida.
Además el sistema inmunitario reconoce entre lo propio y lo extraño, por eso en los transplantes es necesario
tratar el sistema inmunitario.
34
11.− ANTÍGENOS Y ANTICUERPOS
Un antígeno es cualquier sustancia extraña, generalmente una proteína o un polisacárido, que desencadena la
respuesta inmunitaria del organismo afectado. Un anticuerpo o inmunoglobulina es una proteína globular
sintetizada por los linfocitos B que se combina específicamente con el antígeno.
Por tanto es antígeno cualquier molécula o partícula que desencadena la producción de anticuerpos por los
linfocitos B. Actúan como anticuerpos casi todas las proteínas extrañas y los polisacáridos que el organismo
no reconoce como propios. Las proteínas y los polisacáridos de la comida no desencadenan esta reacción
puesto que el tubo digestivo es un medio externo y cuando atraviesan la mucosa intestinal están degradados.
Pueden actuar también como antígenos el polvo y sus ácaros, el polen, etc.
La especificidad de la respuesta inmune resulta de la acción de los linfocitos, unos leucocitos producidos en la
médula ósea (linfocitos B) y en el timo (linfocitos T).
Los linfocitos B producen anticuerpos o inmunoglobulinas que son proteínas globulares. Cada anticuerpo
tiene una forma distinta que le permite fijarse solo a un particular antígeno. Los anticuerpos pueden actuar
recubriendo la partícula extraña para que sea fagocitada por otros leucocitos, pueden combinarse con el
antígeno para interferir alguna actividad vital o pueden producir la rotura del antígeno por lisis.
Los linfocitos B van en el torrente sanguíneo y se acumulan en los ganglios linfáticos. Allí permanecen hasta
que un determinado linfocito B reconoce a su antígeno correspondiente. El primer encuentro entre antígeno e
inmunoglobulina constituye la respuesta inmunitaria primaria. La acción inmune de las células de memoria es
la base de las vacunas: se crean anticuerpos para antígenos que se inoculan muertos o debilitados, estas
inmunoglobulinas permanecerán durante años.
Los linfocitos T se producen en la médula ósea y se trasladan al timo antes de ser liberados al bazo y ganglios
linfáticos. Los linfocitos T no producen anticuerpos. Al combinarse con los antígenos liberan sustancias que
los matan o atraen más linfocitos. Esta reacción se llama respuesta inmunitaria celular y defiende al cuerpo de
células eucariótidas extrañas así como células propias infectadas (rompen las células infectadas para que el
virus quede expuesto a la acción de los glóbulos blancos fagocitarios).
Las transfusiones y los transplantes pueden dar lugar a la respuesta inmunitaria celular. Por eso en una
transfusión las personas con grupo sanguíneo 0 cuyos glóbulos rojos no tienen antígeno A ni B son donantes
universales. Otro antígeno en los glóbulos rojos es el factor Rh.
Las células T actúan también contra las células cancerígenas. La célula cancerígena tiene antígenos extraños
al cuerpo. Los linfocitos T lisan la membrana de la célula y la destruyen.
Las alergias son cuadros de respuesta inmunitaria. La unión del antígeno y el anticuerpo libera gran cantidad
de histamina que desencadena una inflamación. Los antihistamínicos reducen los síntomas alérgicos y en
especial los corticoides que inhiben la producción de glóbulos blancos.
El SIDA causado por el virus VIH que ataca las células T deja al sistema inmunitario incapaz de dar respuesta
a cualquier enfermedad oportunista o a las células cancerígenas.
En la esclerosis múltiple o el lupus eritomatroso el individuo produce anticuerpos contra sus propias células.
TEMA 9−A SISTEMA ENDOCRINO
1.− CONCEPTO DE HORMONA
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El sistema endocrino está formado por células que se agrupan formando glándulas endocrinas. Las glándulas
endocrinas sintetizan y liberan a la sangre moléculas que actúan como mensajeros químicos: las hormonas.
Las hormonas una vez liberadas al torrente sanguíneo actúan sobre determinados órganos o tejidos. Las
hormonas son activas en cantidades muy bajas de concentración. Ligeras modificaciones de una hormona en
sangre producen importantes efectos; por eso su producción debe estar controlada, este control se realiza por
retroactividad negativa. Por ejemplo el páncreas dependiendo del nivel de glucosa en sangre segrega insulina
(para disminuir su nivel) o glucagón (que produce liberación de glucosa desde el hígado con lo que aumenta
su nivel).
Las hormonas pueden ser esteroides (lípidos insolubles en agua), péptidos o proteínas y derivados de
aminoácidos. Los esteroides al ser insolubles en agua para ser transportados en la sangre se unen a proteínas
con lo que su mecanismo de acción es más lento y tardan más en ser eliminados. Las restantes hormonas se
degradan con mucha rapidez.
2.− MECANISMO DE ACCIÓN DE LAS HORMONAS
Las hormonas esteroideas son liposolubles y por tanto atraviesan la membrana plasmática de la célula blanco
o diana sobre la que actúan. Una vez atravesada la membrana se une a un receptor específico y el complejo
hormona− receptor entra en el núcleo donde actúa sobre el ADN. El ADN transcribe RNA−m que se traducirá
en determinadas proteínas estructurales, enzimáticas u otras que alteren la función celular.
Las hormonas peptídicas o proteicas o los derivados de aminoácidos son hidrosolubles y no pueden atravesar
la membrana plasmática, se unen a receptores específicos de membrana que les facilitan la entrada o bien esta
unión provoca la liberación hacia el interior de la célula de unos segundos mensajeros que alteran la función
celular.
3.− GLÁNDULAS ENDOCRINAS
Su función es la producción y secreción a la sangre de hormonas (también existen glándulas exocrinas cuyos
productos se vierten al exterior o cavidades internas exteriores; por ejemplo las glándulas sudoríparas,
mamarias o digestivas.
Hay glándulas con función solo hormonal y otras con otras funciones (por ejemplo el páncreas tiene función
hormonal y digestiva).
Son principalmente la hipófisis, el hipotálamo, el tiroides, cápsulas paratiroides, cápsulas suprarrenales,
páncreas, epífisis, gónadas, testículos y ovarios.
4.− HIPÓFISIS
Se encuentra en la base del encéfalo y se halla bajo la actividad reguladora del hipotálamo, las hormonas
hipotalámicas estimulan o inhiben la producción de hormonas hipofisiarias.
La hipófisis tiene tres partes: − lóbulo anterior o adenohipófisis
− lóbulo intermedio
• lóbulo posterior o neurohipófisis
En la parte posterior o neurohipófisis se almacenan dos hormonas sintetizadas en el hipotálamo:
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• la hormona antidiurética o ADH que incrementa la reabsorción de agua en las nefronas
• la oxitocina que favorece las contracciones uterinas y estimula la producción de leche en las glándulas
mamarias.
En el lóbulo anterior o adenohipófisis produce y segrega:
• hormona del crecimiento o somatotropina: estimula la síntesis de proteínas y el crecimiento óseo.
Inhibe la absorción y oxidación de la glucosa en algunas células (estimula el empleo de ácidos grasos
para energía deforma que se conserva glucosa)
• prolactina: estimula la producción de leche tras el parto.
Las otras cuatro hormonas que segrega la adenohipófisis son trópicas, es decir, que estimulan a otras
glándulas para producir hormonas:
• hormona estimulante del tiroides (THS): estimula al tiroides a producir tiroxina
• hormona adrenocorticotropina (ACTH): estimula la corteza suprarrenal
• hormona folículo estimulante (FSH): actúa sobre las gónadas
• hormona luteinizante (LH): que también actúa sobre las gónadas
.
5.− EL HIPOTÁLAMO
Es un centro nervioso encefálico. En su aspecto endocrino produce dos hormonas que se almacenan en la
neurohipófisis: la oxitocina y ADH y produce al menos nueve hormonas que estimulan o inhiben la actividad
endocrina de la adenohipófisis.
El hipotálamo recibe impulsos de otras zonas del encéfalo y de otras hormonas presentes en la sangre y
segrega neurohormonas a la sangre a través del sistema porta−hipofisiario, que actúan sobre el lóbulo anterior
de la hipófisis o adenohipófisis. El hipotálamo y la hipófisis tienen una interregulación entre ellos a través de
retroalimentación, un sistema de regulación retroactiva: las hormonas del hipotálamo actúan sobre la hipófisis,
esta libera hormonas a la sangre que actúan sobre otras glándulas endocrinas que a su vez liberan hormonas a
las sangre; la concentración de éstas últimas hormonas es el factor que regula la actividad endocrina del
hipotálamo.
La unión entre el hipotálamo y la neurohipófisis se realiza a través de conexiones nerviosas. Con la
adenohipófisis a través del sistema porta hipofisiario.
6.− EL TIROIDES
Se sitúa en el cuello, debajo de la laringe y a ambos lados de la tráquea. La actividad del tiroides es sobre el
metabolismo. Sintetiza dos hormonas:
• tiroxina: estimula las actividades metabólicas. En su molécula tiene cuatro moléculas de yodo (por
eso este elemento es fundamental en la nutrición). Si no se ingiere suficiente yodo la glándula tiroides
crece dando lugar al bocio. El hipertiroidismo es el exceso de producción de tiroxina que acelera en
exceso el metabolismo (pérdida de peso, irritabilidad..). El hipotiroidismo provoca retrasos en el
desarrollo físico y mental, aumento de peso... La hormona trópica TSH es la que estimula el tiroides a
segregar tiroxina.
• Calcitonina: es de naturaleza proteíca. Se libera cuando la concentración de calcio en la sangre
aumenta, su función es evitar la pérdida de calcio de los huesos inhibiendo la liberación de calcio por
el hueso.
37
7.− GLANDULAS PARATIROIDES
Cuatro pequeñas glándulas adheridas a la parte posterior del tiroides. Segregan la parathormona u hormona
paratiroidea, provoca el aumento de la concentración de calcio en la sangre. La acción combinada de la
calcitonina y la parathormona permite un nivel adecuado del ion calcio esencial en la contracción muscular,
impulso nervioso y coagulación sanguínea.
8.− CÁPSULAS SUPRARRENALES
Adheridas a la parte superior de los riñones. Tiene dos partes con diferente actividad endocrina: la corteza y la
médula.
CORTEZA SUPRARRENAL: produce numerosas hormonas esteroideas. Destacan:
• cortisol o hidrocortisona: ésta y otras hormonas corticoideas actúan sobre el metabolismos de
carbohidratos, lípidos y proteínas favoreciendo la conversión de grasas y proteínas a glucosa. Su
liberación aumenta en situaciones de estrés o peligro o en actividad deportiva intensa por ser mayor la
de glucosa por las células. Además las hormonas corticoideas tienen clara acción antiinflamatoria.
• aldosterona: regula la concentración de iones en los líquidos en especial sodio y potasio. Estimula la
reabsorción de sodio y la secreción de potasio. En la enfermedad de Addison se produce poca
aldosterona y se pierden en la orina mucho cloruro sódico y agua lo que ocasiona falta de sodio en los
tejidos y pérdida excesiva de líquido con la consiguiente bajada de presión sanguínea.
MÉDULA SUPRARRENAL: estimulada por el sistema nervioso vegetativo simpático segrega adrenalina o
epinefrina y noradrenalina o norepinefrina. Aumento del metabolismo de la glucosa con un aumento de
concentración en sangre preparando el cuerpo para actividad muscular intensa necesaria en situaciones de
emergencia. Produce aumento del ritmo cardiaco y la actividad respiratoria.
9.− PÁNCREAS
Posee dos funciones secretoras: una exocrina como productora de jugo pancreático con funciones enzimáticas
digestivas y otra endocrina a través de la producción y liberación de insulina y glucagón, hormonas proteicas
que regulan el nivel de glucosa en sangre. Dentro del páncreas hay mas de un millón de grupos celulares
llamados islotes de langerhans formados por células alfa que producen glucagón y células beta que producen
insulina.
• Insulina: se libera tras la elevación del nivel de glucosa en la sangre. Su acción es favorecer la
absorción celular de la glucosa y convertir la glucosa en glucógeno. Por ejemplo tras la comida. El
glucógeno se almacena en el hígado y músculos. Así el cuerpo dispone de reserva de glucosa hasta la
siguiente comida. Es la hormona anabólica por excelencia ya que permite disponer a las células de la
glucosa necesaria para obtener energía en forma de ATP en la síntesis metabólica o anabolismo. La
diabetes mellitus es una enfermedad que hace que la producción inadecuada de insulina, la glucosa
alta sanguínea se pierda con la orina y la falta de reserva de carbohidratos en forma d glucógeno hace
necesario hidrolizar grasas y proteínas.
• Glucagón : estimula la conversión de glucógeno en glucosa y la degradación de proteínas y grasas con
el fin de poder restituir el nivel de glucosa en sangre.
Así pues, el nivel de glucosa se controla mediante varias hormonas. La adenohipófisis produce somatotropina,
la corteza suprarrenal cortisol, la médula suprarrenal adrenalina y noradrenalina y el páncreas produce
insulina y glucagón. En condiciones normales el páncreas regula el nivel de glucosa en sangre, es situaciones
de estrés la hipófisis segrega ACTH que estimula la corteza suprarrenal a producir cortisol a la vez que el
38
sistema nervioso simpático estimula la médula suprarrenal a producir adrenalina y noradrenalina. Esto es
importante para las sensibles neuronas del encéfalo que no pueden oxidar grasas o aminoácidos como fuente
de energía sino solo glucosa.
.
10.− GLÁNDULA PINEAL O EPÍFISIS
Pequeña masa celular muy sensible a la luz situada en el centro del encéfalo. Segrega melatonina cuya acción
parece relacionado con el ritmo diario de actividad biológica o ritmo arcadiano así como los ritmos
estacionales.
11.− GÓNADAS, TESTÍCULOS Y OVARIOS
Producen hormonas sexuales, son esteroides y su producción está regulada por la hipófisis a través de las
hormonas gonadotrópicas FSH y LH.
Los testículos estimulados por la LH producen andrógenos entre los que destaca la testosterona responsable de
la maduración de los espermatozoides.
Los ovarios producen estrógenos y progesterona que regulan el ciclo menstrual.
TEMA 9 B SISTEMA NERVIOSO
1.− INTRODUCCIÓN
El sistema nervioso es el responsable de la integración y control de todas las actividades del organismo. La
elevada especialización del sistema nervioso reside en la neurona, célula especializada en recibir estímulos y
convertirlos en señales electroquímicas que se transportan en forma de impulsos nerviosos a otras neuronas
mediante uniones llamadas sinapsis donde participan neurotransmisores. También pueden transmitir impulsos
a células efectoras como fibras musculares o glándulas que ejecutan la respuesta.
La red nerviosa se organiza en el sistema nervioso central formado por el encéfalo y la médula espinal,
protegidos por el cráneo y la columna vertebral respectivamente y en el sistema nervioso periférico formado
por las neuronas y nervios sensoriales que llevan información de los receptores al SNC y por neuronas y
nervios motores que llevan la respuesta en estímulos a la musculatura.
Los nervios motores del sistema periférico, forman el sistema nervioso somático que estimula los músculos
esqueléticos y el sistema nervioso autónomo o vegetativo que estimula los músculos lisos, el miocardio y las
glándulas. El sistema nervioso autónomo se divide en simpático y parasimpático que interactuan entre sí.
2.− LA NEURONA
Es la unidad estructural y funcional del sistema nervioso. Recibe estímulos internos y externos y los transmite
en forma de impulsos electroquímicos hacia la zona de integración de la información: encéfalo y médula
espinal y transmite la información ya elaborada como respuesta a músculos y glándulas. Por eso la neurona es
una célula secretora a veces de neurotransmisores, otras veces de hormonas como testimonio patente del
funcionamiento inseparable de sistema nervioso y endocrino.
Las neuronas pierden su capacidad de división una vez completado el desarrollo neuronal embrionario. En el
tejido nervioso además de neuronas hay células gliales cuya función es de soporte y aislante; las vainas de
mielina que recubren axones y nervios son células gliales.
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La neurona está formada por:
• soma o cuerpo neuronal: en el que está el núcleo y la mayoría de los órganos celulares
• axón, cilindroeje, neurita, fibra nerviosa: prolongación citoplasmática que transmite el impulso
nervioso
• dentritas: prolongaciones múltiples y finas del citoplasma que reciben estímulos de otras neuronas.
Lo más característico de las neuronas es sus múltiples prolongaciones que le permiten conectar con otras
neuronas. El impulso nervioso entra por las dentritas y sale por el axón. El axón puede ser tan largo como para
ir en el caso de una neurona motora desde la médula espinal hasta el dedo del un pie. Los nervios son haces de
axones. La agrupación de somas situados fuera del SNC forma los ganglios nerviosos.
Morfológicamente hay tres tipos de neuronas:
• neuronas multipolares: con un axón y varias dentritas. Son las más frecuentes
• neuronas bipolares: con un axón y una dentrita.
• neuronas unipolares o monopolares: con una sola prolongación del soma que se puede ramificar en
axón y dentrita.
Funcionalmente también hay tres tipos de neuronas:
• neuronas sensitivas o aferentes: transmiten estímulos generados por los receptores sensoriales
• neuronas de asociación o intercalares (interneuronas): actúan como eslabones y forman circuitos
dentro del SNC que enlazan neuronas sensitivas con las motoras.
• Neuronas motoras o eferentes: transmiten los impulsos desde el SNC a los órganos efectores
El arco reflejo es el circuito neuronas más sencillo: los receptores reciben un estímulo que se transmite por las
neuronas aferentes o sensitivas hasta una interneurona o neurona de asociación situada en la médula espinal,
que comunica con una neurona eferente o motora que trasmite el estímulo al efector que efectúa la respuesta.
Receptor sensorial, neurona sensitiva, interneurona, neurona motora y efector son los elementos básicos de la
actividad nerviosa.
.
3.− RECEPTORES NERVIOSOS
Los receptores son neuronas especializadas en reaccionar frente a un estímulo (luminoso, térmico, mecánico o
químico) y transmitirlo en forma de impulso nervioso. A través de la actividad de los receptores el organismo
está informado de las modificaciones que se producen y puede sobre la base de esta información elaborar
respuestas que le permiten mantener su equilibrio interno y con respecto al medio.
Hay receptores que detectan cambios en el medio ambiente y detectores que detectan la variación del medio
interno del organismo.
Los receptores nerviosos con un mimo tipo de especialización se agrupan para formar los órganos sensoriales
o sentidos. En el ojo hay conos, sensibles a la luz intensa y al color, y bastones que se estimulan con poca luz
y funcionan durante la noche, con poca iluminación.
Los receptores nerviosos según el tipo de estímulo al que son sensibles son:
• mecanorreceptores: sensibles a estímulos mecánicos, detectan movimiento, tacto, presión y sonido
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• quimiorreceptores sensibles a concentración de sustancias químicas; olfato y gusto
• fotorreceptores detectan energía luminosa, variaciones y longitud de onda; vista
• termorreceptores sensibles a la variación de temperatura
• nocirreceptores sensibles a cambios intensos de energía mecánica, química o calorífica; son los
receptores del dolor.
.
4.− EL IMPULSO NERVIOSO
La neurona genera y propaga información nerviosa mediante cambios químicos que se producen en la
membrana neuronal.
Decimos que la transmisión del impulso nervioso es electroquímica (no eléctrica) porque el impulso nervioso
se genera por un flujo de iones a través de la membrana de la neurona.
Las neuronas receptoras transforman energía luminosa, térmica etc en impulsos nerviosos.
El interior de la neurona posee una carga eléctrica negativa con respecto al exterior (cargado positivamente
por concentración de iones Na+ mayor que en el interior). En el interior existe una concentración de iones
potasio (K+) mayor que en el exterior. Hay una diferencia de potencial entre el exterior (+) y el interior (−)
por ello la membrana está polarizada, ya que separa dos medios con diferente carga eléctrica.
La neurona puede estar en reposo con una diferencia de potencial de unos −70 mV en el interior negativo con
respecto al exterior. Este valor es el potencial en reposo.
Al llegar el estímulo se modifica la permeabilidad de la membrana a los iones sodio (Na+) que entran en la
célula produciendo un cambio de potencial que hace positiva la carga del interior con respecto al exterior (−).
Este es el potencial de acción. Este fenómeno que se produce en un punto de la membrana neuronal se
propaga linealmente en un solo sentido hacia los puntos vecinos.
Inmediatamente después de producido este fenómeno el punto de la membrana afectado recupera su potencial
de reposo anterior a la recepción del estímulo mediante un intenso transporte activo (con consumo de energía)
de sodio hacia el exterior y de potasio hacia el interior. Este proceso se llama bomba de sodio−potasio.
Así se transmite el impulso nervioso en una célula amielitica, sin cubierta protectora y aislante de mielina. En
los axones mielinizados o fibras mielínicas la mielina actúa como aislante no permitiendo el paso de iones a
su través. Sin embargo el aislamiento no es total ya que la cubierta de mielina se estrangula a intervalos en los
nódulos de Ranvier, de forma que la transmisión del impulso nervioso no se realiza linealmente sino a saltos,
de nódulo a nódulo evitando las áreas aislantes de mielina. Es la propagación saltativa, mucho más rápida que
en las fibras con mielina.
5.− LA SINAPSIS
En muchos casos las vías nerviosas que van del receptor al centro nervioso y de este al efector están formadas
por más de una neurona. Dado que no existe contacto físico entre las neuronas de los mamíferos, la sinapsis es
la unión especializada entre dos neuronas en la que participan moléculas especializadas llamadas
neurotransmisores. La hendidura sináptica es el espacio que separa las dos neuronas sinápticas. La sinapsis
comunica el axón de la neurona presináptica con una dentrita de la neurona postsináptica o su cuerpo
neuronal.
El axón de la neurona presináptica presenta en sus terminales ramificados unos engrosamientos que forman
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los botones sinápticos en cuyo interior están las vesículas sinápticas cargadas de neurotransmisores. El
potencial de acción del impulso nervioso provoca la apertura de las vesículas sinápticas liberando los
neurotransmisores a la hendidura sináptica llegando hasta la neurona postsináptica y combinándose con unos
receptores específicos de membrana que provocan la despolarización de la neurona postsináptica, el potencial
de acción y la propagación del impulso.
Una vez terminada su misión, los neurotransmisores se separan de los receptores de membrana y quedan
libres en la hendidura donde pueden ser destruidos o captados por la membrana de la neurona presináptica
para volver a usarlos. Como solo hay neurotransmisores en la neurona presináptica, la sinapsis es en un solo
sentido. Los principales neurotransmisores son la acetilcolina, la noradrenalina o norepinefrina, la serotonina
y la dopamina.
La sinapsis se realiza no solo entre neuronas sino también entre neuronas y fibra muscular o una célula de una
glándula. La sinapsis es más lenta que el impulso a lo largo del axón lo que provoca el retardo sináptico.
El neurotransmisor puede actuar como excitador (como hemos visto) o como inhibidor si frena la excitación
de la neurona postsináptica dificultando o impidiendo la propagación del impulso nervioso. Hay sustancias
que no siendo neurotransmisores excitan o inhiben la actividad sináptica. Son excitadores la cafeína, nicotina,
anfetaminas mientras que determinados tranquilizantes bloquean los receptores de los neurotransmisores.
Cada axón puede contactar con muchas neuronas.
6.− ORGANIZACIÓN DEL SISTEMA NERVIOSO
SISTEMA NERVIOSO CENTRAL: encéfalo y médula espinal
SISTEMA NERVIOSO PERIFÉRICO:
• NERVIOS SENSORIALES: de los órganos al SNC
• NERVIOS MOTORES: del SNC a los músculos y glándulas
* sistema nervioso somático: estimula los músculos esqueléticos
* sistema nervioso autónomo o vegetativo: musculatura lisa, miocardio, glándulas
.
simpático
parasimpático
7.− EL SISTEMA NERVIOSO CENTRAL
Formado por el encéfalo, alojado y protegido por los huesos del cráneo, y la médula espinal, conexión entre el
encéfalo y el resto del cuerpo alojada en el interior de la columna vertebral.
En el SNC los cuerpos o soma de las neuronas, forman la sustancia gris y los axones y dentritas la sustancia
blanca. En el encéfalo la sustancia gris forma la corteza cerebral y la del cerebelo. En la médula la sustancia
gris se encuentra en el interior, rodeada por la sustancia blanca.
Encéfalo y médula están rodeados por las meninges (duramadre, aracnoides y piamadre) entre las que se
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encuentra el líquido cefaloraquídeo.
La masa encefálica forma el cerebro que se divide en dos hemisferios separados por una hendidura, el
cerebelo y el bulbo raquídeo.
La corteza cerebral formada por sustancia gris no es lisa sino que presenta numerosas circunvoluciones que
permiten un aumento de la masa cerebral sin necesitar gran aumento de tamaño. En la corteza cerebral y
separados por fisuras hay cuatro lóbulos: frontal, parietal, temporal y occipital. En la corteza se recibe
información sensorial y se integran y elaboran respuestas voluntarias.
El cerebelo está en la parte posterior del cerebro, es bilobulado, coordina la actividad muscular esquelética
(movimiento, equilibrio y postura erecta). Recoge analiza y selecciona los impulsos motores que llegan al
encéfalo elaborando respuestas.
El bulbo raquídeo conecta el encéfalo a la médula espinal, responsable del ritmo cardiaco, la respiración o la
presión sanguínea. La tos, el vómito y otras respuestas vegetativas
En la masa cerebral se encuentran órganos como el hipotálamo, tálamo e hipófisis.
8.− EL SISTEMA NERVIOSO PERIFÉRICO
Está formado por neuronas cuyos axones se prolongan fuera del SNC para ir hacia los tejidos y los órganos; es
decir, formado por la masa neuronal cuyos axones salen del SNC.
Los nervios craneales son los que conectan directamente el cerebro como los olfativos, ópticos y trigémino.
Tenemos 12 pares de nervios craneales. Los nervios raquídeos son los que llegan o parten de la médula
espinal. Tenemos 31 pares de nervios raquídeos.
En los pares de nervios craneales y raquídeos hay fibras sensitivas y motoras.
El sistema nervioso periférico forma el sistema nervioso somático y el autónomo o vegetativo. Las vías
motoras de sistema nerviosos son somáticas o autónomas.
El sistema nervioso somático esta formado por neuronas motoras cuyos axones van sin interrupción desde la
médula, donde están sus cuerpos neuronales, hasta los efectores. Es responsable de las acciones voluntarias.
El sistema nervioso autónomo o vegetativo está formado por neuronas motoras que controlan glándulas,
miocardio, y la musculatura lisa que tapiza la pared de los vasos sanguíneos, y los conductos del aparato
digestivo, excretor, respiratorio y reproductor. Funciona normalmente de forma involuntaria. La vía nerviosa
vegetativa incluye siempre dos neuronas en serie: la primera con el soma en el SNC y su axón sale bien por un
nervio craneal o por uno espinal. La segunda neurona tiene su soma fuera del SNC en unos engrosamientos
llamados ganglios vegetativos y el axón de esta segunda neurona postganglionar sale hasta los órganos
efectores.
El sistema nervioso autónomo se divide en simpático y parasimpático. Los axones del simpático salen de la
región torácica y lumbar y sus ganglios vegetativos están cerca del SNC.
Los axones del parasimpático salen de la región craneal y sacra de la médula espinal y sus ganglios
vegetativos están cerca o dentro del órgano efector que inervan.
La mayoría de los órganos tienen axones simpáticos y parasimpáticos con funciones contrarias. El sistema
simpático está relacionado con la preparación del cuerpo ante sensación de peligro (acelerar ritmo cardiaco,
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respiración...) y el parasimpático con la relajación (ralentiza el ritmo, estimula la secreción salivar y digestión
en el estómago...)
TEMA 10 ECOLOGÍA
1.− EL MEDIO AMBIENTE
El medio ambiente es el marco de naturaleza fisico−química en el que tiene lugar la vida en la naturaleza.
En el medio ambiente existen factores de tipo físico (grado de humedad, radiación solar, temperatura, viento,
tipo de suelo etc.) y químico (cantidad de oxígeno, agua, dióxido de carbono y otros compuestos de carbono,
nitrógeno, fósforo etc.).
La temperatura es un factor ambiental físico de gran importancia, el desarrollo de las reacciones químicas que
implica la vida es posible dentro de unos márgenes de temperatura. Una temperatura por encima de 50ºC
desnaturaliza las proteínas y un descenso acusado de la temperatura provoca la congelación del agua que es
muy abundante en las células.
Las variaciones de temperatura por altitud, latitud, la diferencia de temperatura diurna y nocturna, determinan
la distribución de las formas vivas en los distintos medios (la hoja perenne o caduca tiene mucho que ver con
la temperatura).
El tipo de suelo también determina diferentes formas de vida. Los suelos pueden ser diferentes por su
estructura (porosos, arenosos, sueltos, ligeros, compactos...) o por su composición química (calizos, arcillosos,
siliceos...). Por ejemplo sobre un suelo exclusivamente rocoso solo pueden vivir los líquenes; estos con su
actividad, formaran lentamente una ligera capa de suelo.
El agua es un factor ecológico de gran importancia, para ello basta fijarse en las diferencias entre los seres
acuáticos y los aeroterrestres.
2.− POBLACIÓN BIOLÓGICA
Es el conjunto de individuos de una misma especie que viven en un espacio o área natural (por ej. La cantidad
de conejos de un pastizal de un lugar geográfico).
La población biológica fluctúa en función de los nacimientos y muertes, emigraciones e inmigraciones.
La densidad de población es el número de individuos por unidad de superficie.
El crecimiento ilimitado de una población no es posible. Con un aumento acelerado, faltará alimento y habrá
muertes o emigraciones. De esta manera la densidad de población tiende a equilibrarse.
La mayoría de las poblaciones presentan en sus primeros momentos una curva sigmoidea (crecimiento lento
inicial seguido de un crecimiento muy acelerado hasta llegar al máximo) a partir del máximo, algunas
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poblaciones se equilibran (a) otras descienden paulatinamente (b) y otras descienden bruscamente debido a
una gran motilidad que ocurre con algunas especies de las que desaparecen al llegar el frío dando una curva de
crecimiento J
3.− COMUNIDAD BIOLÓGICA
Es el conjunto de poblaciones biológicas que ocupan un área determinada. Este territorio o área se lama
hábitat. Así ecosistema es el conjunto formado por una comunidad biológica y su hábitat. Entendemos hábitat
como el medio ambiente físico y químico en el que vive la comunidad.
El tamaño de los ecosistemas varía desde una pequeña charca hasta un desierto africano.
El ecosistema está formado por un conjunto de individuos de diferentes especies que mantienen relación de
mutua dependencia entre ellos y con su hábitat del que obtienen elementos para vivir y energía que es en casi
todos los casos de origen solar.
Por ejemplo en el caso de un ecosistema formado por una charca los elementos serían los diferentes
organismos vivos desde microorganismos hasta vegetales y animales, también el suelo, la masa de agua con
sus diferentes nutrientes y el sol como fuente de energía.
4.− FLUJO DE ENERGÍA DE UN ECOSISTEMA
La fuente de energía en un ecosistema es la solar. Los organismos clorofílicos utilizan energía solar para, a
través de la fotosíntesis, sintetizar moléculas de glúcidos. Así se transforma la energía del sol en energía
química almacenada en los enlaces de las moléculas de glucosa.
6H2O + 6CO2 = C6H12O6 + 6O2
Organismos productores son los capaces de utilizar la energía solar para sintetizar materia orgánica.
Las moléculas formadas por los productores en la fotosíntesis se transforman a través de reacciones
metabólicas en otras moléculas que forman la estructura propia de dicho organismo. Por tanto son organismos
autótrofos. En los ecosistemas acuáticos, los organismos productores (autótrofos) son organismos
fotosintéticos microscópicos que constituyen el fitoplancton de la superficie del agua.
Los organismos productores son el alimento de otros organismos del ecosistema. La ruptura de enlaces
químicos de glucosa libera energía que se almacena en las moléculas de ATP. Estos organismos heterótrofos
que consumen productores son los organismos consumidores.
Los consumidores primarios se alimentan directamente de los productores (herbívoros), los consumidores
secundarios se alimentan de los primarios (carnívoros). El consumidor terciario consume otros consumidores
(carnívoro de carnívoros).
Vemos que en un ecosistema el flujo de energía en unidireccional y nunca cíclico. El flujo de energía hace que
la energía transferida sea cada vez menor.
Además de productores y consumidores están los descomponedores, son heterótrofos que desintegran de
forma química los restos de animales y vegetales muertos.
5.− CICLO DE MATERIA EN UN ECOSISTEMA
Los materiales nutritivos se requieren para las funciones de crecimiento, desarrollo y mantenimiento de las
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estructuras celulares.
La materia sigue un camino cíclico de productores a consumidores y de ahí a descomponedores que cierran el
ciclo devolviendo al medio materia inorgánica que emplean los productores.
El recorrido de la materia en un ecosistema se hace a través de diferentes niveles tróficos.
Gran parte de los componentes vegetales (celulosa, lignina..) no son digeribles para los consumidores por lo
que esto se excreta y no pasa a formar parte de la estructura del consumidor. Hay una pérdida de eficacia de
un nivel trófico al siguiente: no toda la materia que constituye al productor es incorporada al consumidor. Se
va produciendo una disminución de masa disponible en el ecosistema de productores hasta los consumidores
superiores. Si se representa la cantidad de materia disponible en cada nivel trófico tendremos una pirámide, la
pirámide alimentaria.
La ley de Lindeman o del 10% establece que cada nivel trófico de la pirámide solo aprovecha entre el 10 y el
15% de la presa para construir su estructura.
6.− CICLO HIDROLÓGICO
Gran parte del ciclo hidrológico se desarrolla sin el concurso de los seres vivos, entre la atmósfera y la
superficie terrestre por medio de la evaporación−precipitación.
Los vegetales absorben agua del suelo y la devuelven en forma de vapor por las hojas a la atmósfera. Los
animales ingieren agua con y durante la alimentación y la devuelven en forma de orina, sudor o evaporación
en la respiración.
7.− CICLO DEL CARBONO
El carbono forma parte de todas las moléculas orgánicas. El carbono está en el CO2 y disuelto en el agua. A
través de la fotosíntesis se incorpora en forma de glúcidos a la materia orgánica. De los productores pasa a los
consumidores y a los descomponedores. Estos últimos lo devuelven en forma de CO2. También en forma de
CO2 y por medio de la respiración vegetal o animal. Además las industrias y en general la combustión genera
CO2.
8.− CICLO DEL NITRÓGENO
Forma parte de las proteínas y ácidos nucleicos. En la atmósfera se encuentra en forma de N2 no utilizable por
la mayoría de los organismos.
Hay unos organismos fijadores de nitrógeno (algas y bacterias) que viven en el suelo y absorben el nitrógeno
del aire transformándolo en nitratos. Los nitratos si son absorbidos y empleados como fuente de nitrógeno por
los productores que sintetizan sus propios compuestos nitrogenados. Los consumidores sintetizan sus propias
proteínas y ácidos nucleicos a partir de los compuestos nitrogenados vegetales. Una parte del nitrógeno es
absorbido por los animales y excretado.
Los descomponedores devuelven al medio los compuestos nitrogenados sobre los que actúan otro grupo de
bacterias obteniendo compuestos más sencillos como el amonio NH4+. Las bacterias nitrificantes transforman
el amonio en nitritos y nitratos que pueden ser aprovechados por los vegetales. Las bacterias desnitrificantes
actúan sobre los nitritos y nitratos liberando N2 a la atmósfera
TEMA 11 REPRODUCCIÓN
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1.− INTRODUCCIÓN
Para que un organismo se reproduzca es necesaria también la reproducción o división de sus componentes:
células y también moléculas por tanto estudiaremos la reproducción a nivel molecular, celular y de
organismos.
2.− REPRODUCCIÓN A NIVEL MOLECULAR
Es la multiplicación de las moléculas dentro de la célula:
Agua, sales minerales y sustancias inorgánicas se forman en un proceso de acumulación, es decir, son
tomadas directamente de los nutrientes.
Hidratos de carbono, lípidos y aminoácidos se originan por síntesis enzimática a partir de los nutrientes.
Proteínas se originan por síntesis dependiente de los genes. El DNA y RNA aportan la información del orden
de los aminoácidos de la cadena.
DNA la autoduplicación del DNA es la base de la reproducción celular y por tanto, también del organismo.
3.− REPRODUCCIÓN A NIVEL CELULAR. EL CICLO CELULAR
El ciclo de la vida de una célula es análogo al de un ser vivo: nace, crece y se reproduce. Veremos la
reproducción de las células eucariotas y dado que no se reproducen la mayoría de las células de un ser adulto,
veremos la reproducción de células sanguíneas, embrionarias, etc.
El ciclo celular comprende cuatro periodos: G1, S, G2 y mitosis.
El periodo G1 o primera fase de crecimiento se inicia con una célula hija que proviene de la división de la
célula madre. La célula aumenta de tamaño y se sintetiza nuevo material citoplasmático: RNA y proteínas.
El periodo S es de síntesis es el que presencia la duplicación del DNA del núcleo de la célula, al final de este
periodo el núcleo contiene el doble de proteínas nucleares y DNA.
El periodo G2 se siguen sintetizando proteínas, el final de este periodo marca el inicio de la mitosis o división
celular.
Estos tres periodos son llamados interfase y en ellos la célula observa una actividad metabólica máxima, es
cuando se duplican las moléculas vitales y se sintetizan RNA y proteínas.
4.− LA MITOSIS
A fin de mantener la identidad del organismo, las células duplicadas son exactamente iguales a la original. La
mitosis o división celular asegura que el DNA cromosómico es idéntico en las hijas a la célula madre.
La división celular tiene lugar de una manera continua pero para facilitar su estudio se distinguen varias
etapas: en la división del núcleo profase, metafase, anafase y telofase; en la división del citoplasma la
formación del tabique en los vegetales y la estrangulación y formación de membrana en los animales.
PROFASE
En esta fase se hacen patentes los cromosomas. Cada cromosoma está compuesto de dos filamentos visibles
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idénticos: las cromátidas, unidas por un estrangulamiento, el centrómero. Cada cromátida es una larga cadena
de DNA muy condensada.
Se produce un acortamiento y engrosamiento del cromosoma debido a la condensación de la cromatina. Al
final de la profase desaparece el nucleolo y la membrana nuclear, quedando los cromosomas libres en el
citoplasma.
METAFASE
Se inicia con la aparición del huso (fibras paralelas a un eje). Los centrómeros se insertan en las fibras del
huso y se desplazan hasta el ecuador del huso formando la placa metafásica o ecuatorial.
ANAFASE
El centrómero se divide y cada cromosoma se separa en sus dos cromátidas. Los centrómeros emigran a lo
largo de las fibras del huso arrastrando cada uno una cromátida. En la anafase se realiza la distribución del
material genético original.
TELOFASE
Los dos grupos de cromátidas, cada una en un polo, comienzan a descondensarse haciéndose cada vez menos
patentes. Se reconstruye la membrana nuclear alrededor de cada grupo de cromosomas y se reorganiza el
nucleolo.
A continuación se divide el citoplasma. Se puede dividir de dos formas:
Por estrangulación tiene lugar en las células animales. La membrana se estrangula hacia dentro hasta separarse
Por tabicación: en las células vegetales se forma un tabique desde dentro hacia fuera dividiendo así en dos el
citoplasma.
5.− SIGNIFICADO BIOLÓGICO DEL CICLO CELULAR
Con el se consigue la creación de células nuevas en el proceso de crecimiento de los organismos. También es
el procedimiento por el que se reemplazan células dañadas o desgastadas.
Algunas células como las embrionarias, las bacterianas o las de la médula ósea humana presentan tasas de
división muy altas. Otras como las de los músculos o neuronas tienen un ciclo lentísimo o no se produce tal
ciclo. Hay un tercer grupo de células que solo se reproducen si es necesario como las hepáticas en caso de una
extirpación de parte del hígado.
6.− NIVEL DE LOS ORGANISMOS. REPRODUCCIÓN ASEXUAL
El nuevo individuo se forma exclusivamente a expensas de un solo progenitor, que produce copias idénticas
de sí mismo.
Los organismos que se reproducen asexualmente lo hacen mediante mitosis, por tanto los descendientes son
genéticamente iguales al progenitor, son clones.
Este tipo de reproducción lo presentan organismos muy simples y poco diferenciados morfológicamente
(bacterias, amebas, hongos, algas, musgos, helechos...). La variación genética en ellos solo es posible por
mutación.
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7.− LA REPRODUCCIÓN SEXUAL
El nuevo individuo se origina por la fecundación o fusión de dos células, cada una de las cuales procede de un
progenitor diferenciado sexualmente. Al fusionarse dos células se origina una nueva: el huevo o cigoto cuyo
núcleo contiene cromosomas de los dos progenitores.
La fusión de los cromosomas paterno y materno origina descendencia diferenciada entre sí y de los padres.
Las células que dan origen al cigoto son células especializadas: células sexuales o gametos que se originan en
los órganos sexuales.
En los organismos con reproducción sexual las células somáticas son las que constituyen el organismo y las
sexuales las únicas capaces de generar otro organismo similar mediante reproducción sexual.
La reproducción sexual al compaginar dos gametos diferentes tiene la ventaja adaptativa, es una de las causas
principales de la adaptación evolutiva de las especies.
8.− LA MEIOSIS
Para que una especie pueda mantener su número de cromosomas al juntarse dos células sexuales, es necesario
que se divida por dos su número de cromosomas antes o después de la fecundación. La meiosis es el
mecanismo que lleva a cabo esta reducción.
La meiosis se lleva a cabo en células diploides (2n) obteniendo células haploides (n) con la mitad de los
juegos cromosómicos pero que cuenta con la información completa de los rasgos estructurales y funcionales
del organismo al que pertenece.
La meiosis se desarrolla en dos etapas que son dos divisiones celulares sucesivas precedidas de una única
interfase. Las dos divisiones consecutivas impiden la duplicación de los cromosomas con lo que se obtienen
cuatro gametos cada uno de los cuales tiene en su núcleo la mitad de cromosomas que el núcleo de la célula
original.
En la célula existen dos juegos de material genético, uno paterno y otro materno.
I PROFASE MEIÓTICA: cada cromosoma se aparea con su homólogo formando una tetrada (cuatro
cromátidas y dos centrómeros). De esta forma las cromátidas no hermanas (paterna y materna) pueden
entrecruzarse y romperse en los puntos de fusión dando lugar a una recombinación de segmentos cromatídicos
y por lo tanto de los genes.
I METAFASE MEIÓTICA: los cromosomas emigran hacia la placa metafásica pero en lugar de situarse en el
mismo plano como en la mitosis, lo hacen en dos planos paralelos de forma que cada cromosoma tiene
enfrente a su homólogo (tetrada).
I ANAFASE MEIÓTICA: la tetrada se rompe, un cromosoma emigra hacia un polo del huso y su homólogo
hacia el otro. Cuando los cromosomas llegan a sus polos ha quedado un conjunto haploide de cromosomas.
I TELOFASE MEIÓTICA: al final de la telofase se producen dos células cada una con la mitad de
cromosomas homólogos de la célula original pero teniendo en cuenta el entrecruzamiento sufrido por la
tetrada en la I profase cada célula es diferente genéticamente a la otra.
Como resultado de la I división meiótica tenemos dos células hijas cada una con n cromosomas
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Inmediatamente se inicia la II división que tiene lugar como una mitosis normal.
En la II metafase meiótica los cromosomas (en número n) se alinean en un solo plano dividiéndose en dos
cromátidas durante la anafase.
Como resultado de la II división meiótica tenemos cuatro células hijas con un núcleo de n cromátidas.
TEMA 12 LA REPRODUCCIÓN HUMANA
1.− ESPERMATOGÉNESIS
Tiene lugar en las gónadas masculinas o testículos, cuyas células se llaman espermatogonias.
Las espermatogonias se multiplican activamente por sucesivas divisiones mitóticas, llega un momento en que
las espermatogonias sufren un aumento de volumen transformándose en los espermatocitos de primer orden,
los cuales sufren rápidamente una reducción cromosómica a través de meiosis dando origen a cuatro células
haploides, las espermátidas que con un cambio profundo de estructura se transforman en espermatozoides.
El proceso espermatogonia − espermatocitos − espermátida − espermatozoide dura 8−9 semanas.
El núcleo haploide de la espermátida se desplaza hacia un extremo agrandándose en una cabeza ovalada. En
su parte anterior se sitúa una gran vacuola, el acrosoma, que se ha formado a expensas del aparato de golgi y
que contiene gran cantidad de sustancias (polisacáridos y enzimas hidrolizadas) cuya misión es disolver la
membrana del óvulo.
A la cabeza le sigue una sección media con gran número de mitocondrias que proporcionan la energía par el
movimiento del espermatozoide. Por último, la cola es un flagelo locomotor.
2.− OVOGÉNESIS
Tiene lugar en las gónadas femeninas u ovarios. Los ovocitos de primer orden se empiezan a formar en el feto
de manera que cuando nace la mujer ya contiene todos los ovocitos de primer orden que se irán desarrollando
en su vida fértil.
Los ovocitos de primer orden son células diploides que permanecen así hasta la pubertad. Entonces la
influencia de las hormonas sexuales femeninas provoca el inicio de la división meiótica.
La primera división meiótica del ovocito de primer orden produce una célula pequeña (el primer corpúsculo
polar, que degenera pronto) y otra más grande: el ovocito de segundo orden que acumula sustancias de
reserva.
La ovulación es el momento en el que el ovocito de segundo orden sale del ovario.
La segunda división meiótica se produce sobre el ovocito de segundo orden en el momento de la fecundación
dando lugar a un óvulo y un segundo corpúsculo polar.
El resultado final de la meiosis es un único óvulo haploide debido a la degeneración de los corpúsculos
polares.
La movilidad del espermatozoide es debida a su forma mientras el óvulo tiene muchas sustancias de reserva y
ribosomas necesarios para el crecimiento del feto.
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3.− EL APARATO REPRODUCTOR MASCULINO
Es externo y tiene partes comunes con el aparato urinario. Presenta dos gónadas masculinas o testículos
rodeados de una bolsa externa, el escroto. Los testículos desarrollan la espermatogénesis.
Tiene una serie de glándulas anejas que producen líquidos que sumados a los espermatozoides constituyen el
semen:
• Vesículas seminales: segregan un líquido con gran cantidad de fructosa y prostaglandinas. El
metabolismo de la fructosa dará la energía para moverse los espermatozoides. Las prostaglandinas
estimulan el tejido muscular del aparato reproductor femenino para facilitar el recorrido del
espermatozoide.
• Próstata: produce un líquido de pH alcalino que contrasta el ácido del aparato reproductor femenino
• Glándulas bulbo−uretrales: producen líquido lubricante que ayuda a salir el semen por la uretra.
Los conductos seminales sirven de conexión entre pene y testículos:
• epidídimo: es un tubo largo replegado sobre el testículo que recoge los espermatozoides.
• Conducto deferente: rodea la vejiga y conecta las vesículas seminales. Los dos conductos seminales
entran en la próstata y salen unidos por la uretra.
• Uretra: tubo largo que recorre el pene y sirve para expulsar la orina y el semen.
El pene es el órgano copulatorio cuya función es colocar los espermatozoides en el interior del aparato
reproductor femenino. El pene está formado por tres cuerpos cilíndricos de tejido esponjoso y eréctil.
4.− LAS HORMONAS MASCULINAS
El conjunto de todas las hormonas masculinas sexuales se denomina andrógenos.
La hormona más importante es la testosterona, responsable de la producción de espermatozoides y estimular
los caracteres sexuales secundarios (voz, crecimiento muscular, pelo...).
Para la producción de testosterona actúan dos hormonas trópicas de la hipófisis: la LH y la FSH que a su vez
son estimuladas desde el hipotálamo por la GnRH (factor de liberación hormonal de la gonadotropina).
La hormona luteinizante LH llega a través de la sangre a los testículos donde estimula la producción de
testosterona. A medida que la concentración en sangre de testosterona aumenta, disminuye la producción de
LH en la hipófisis (retroalimentación negativa).
La FSH u hormona folículo estimulante actúa sobre las células de sertoli o células nodrizas del testículo,
potenciando el desarrollo de los espermatozoides.
5.− APARATO REPRODUCTOR FEMENINO
Es interno e independiente del aparato urinario. Tiene dos ovarios que producen los gametos femeninos u
óvulos.
Las vías genitales conectan el ovario con el exterior:
• Trompas de falopio: conectan cada uno de los ovarios con el útero. En este conducto tiene lugar la
fecundación
• Matriz o útero: de tejido muscular, hueco, con forma de pera invertida; situado encima de la vejiga en
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el se desarrolla el feto. La pared interna o endometrio presenta dos capas, la más externa se expulsa
con la menstruación y la interna regenera la que ha sido expulsada. Su parte inferior, cérvix o cuello
del útero, está formada por un músculo circular que da paso a la vagina
• vagina: conducto muscular de 8−10 cm de longitud que sirve de órgano de copulación y de canal de
nacimiento.
• Vulva formada por los labios mayores de tejido adiposo, los labios menores que recubren el clítoris
lleno de terminaciones nerviosas
6.− LAS HORMONAS FEMENINAS
Son los estrógenos y progesteronas y las hormonas trópicas de la hipófisis LH y FSH.
Los ovocitos de primer orden se desarrollan rodeados de unas células especializadas formando el folículo
ovárico. Las células que rodean al ovocito de primer orden aportan nutrientes y segregan estrógenos.
Los estrógenos provocan el crecimiento del folículo ovárico y son responsables de los caracteres sexuales
secundarios.
Cuando el folículo ovárico ha terminado de crecer se acerca a la pared del ovario donde expulsa al ovocito de
segundo orden (ovulación). El resto de las células del folículo formaran el cuerpo lúteo que a partir de ese
momento segrega estrógenos y progesterona.
La progesterona prepara al útero par recibir al óvulo fecundado o cigoto y estimula el crecimiento del útero
para la gestación.
7.− EL CICLO MENSTRUAL
A lo largo del ciclo varía la concentración de hormonas y suceden cambios en el ovario y los tejidos del útero
(endometrio).
De la hormona hipotalámica GnRH (hormona liberadora de gonadotropinas) se recibe una señal en la hipófisis
que genera las gonadotropinas LH y FSH que actúan en la producción de estrógenos y progesterona.
En el primer día de menstruación los niveles de hormonas son bajos. A los tres− cinco días las hormonas LH y
FSH estimulan la maduración del folículo ovárico que comienza a segregar estrógenos. Estos estrógenos
propician la regeneración del endometrio para que, en caso de fecundación, el cigoto se pueda implantar en él.
Antes de llegar a mitad del ciclo 11−13 días, se produce un aumento brusco de la concentración de estrógenos
que provoca una subida instantánea de la producción de LH por la hipófisis y como consecuencia se produce
la ovulación (expulsión del ovocito de 2º orden del folículo)
En el ovario el folículo sin ovocito crece hasta convertirse en el cuerpo lúteo que segrega estrógenos y
progesterona. Cuando el nivel de estas hormonas es alto se inhibe la producción en el hipotálamo de GnRH y
consecuentemente de las LH y FSH hipofisiarias.
Si no ha habido fecundación el cuerpo lúteo degenera y se reabsorbe. El endometrio, falto de hormonas y
nutrientes, se destruye expulsándose al exterior junto con el flujo menstrual.
En ese momento la escasa concentración de estrógenos y progesterona provoca un aumento de la
concentración de LH y FSH iniciándose un nuevo ciclo.
En el caso de haberse producido la fecundación (normalmente en las trompas de falopio), el embrión se
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implanta en el endometrio a los 6−7 días de la fecundación y produce una hormona, la gonadotropina
coriónica que estimula al cuerpo lúteo a seguir produciendo los estrógenos y progesterona lo que evitará la
menstruación.
8.− TÉCNICAS DE REPRODUCCIÓN
FECUNDACIÓN IN VITRO
La fecundación se lleva a cabo fuera del aparato reproductor femenino. Se estimula por medio de hormonas la
producción de ovocitos en el ovario. Estos se extraen por un laparoscopio. Una vez extraídos se colocan en la
caja de petri con sustancias nutritivas y espermatozoides. Una vez fecundados, los cigotos se pasan a distintas
cajas de petri con sustancias nutritivas. Cuando ya hay un conjunto de células, el blastocito, se insertan en el
útero donde queda adherido al endometrio. Son los llamados niños probeta.
INSEMINACIÓN ARTIFICIAL
Muy utilizado en ganadería aprovechando la propiedad de los espermatozoides de poderse congelar sin
perderse al descongelar su capacidad fecundadora.
CLONACIÓN
1º se extrae de la oveja A una célula mamaria
2º se extrae de la oveja B un ovocito quitándole el núcleo y con ello su información genética.
3º se introduce el núcleo de la célula A en el ovocito de la B
4º una vez formados se inicia la división celular
5º se implanta en el útero de una tercera oveja C
El resultado es una oveja genéticamente igual a A. Esta técnica favorece la clonación de animales
transgénicos que tienen un gen introducido para resistencia a virus, producir insulina, etc.
También se puede estudiar el grado de influencia del medio en la expresión de los genes.
TEMA 13 GENÉTICA MENDELIANA
1.− INTRODUCCIÓN
Mendel realizó sus experimentos con plantas de la familia de las papilonáceas (leguminosas). Estas plantas
por la disposición de sus flores suelen autofecundarse. Para fecundar dos plantas diferentes de guisantes
debemos hacer una hibridación.
Eligió guisantes porque:
• Existen variedades dentro de la misma especie de caracteres constantes de fácil y seguro
reconocimiento.
• La estructura de sus flores hace que sea muy difícil la fecundación por polen externo.
• Son plantas de fácil cultivo y corto periodo de desarrollo vegetativo
• Con características hereditarias bien definidas, había muchas variedades comercializadas.
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En cada experimento prestaba atención a un único rasgo de las plantas. Seleccionó además razas puras
(aquellas que por autofecundación producían descendientes iguales a sus progenitores)
2.− PRIMER EXPERIMENTO. PRIMERA LEY DE MENDEL
Al cruzar ejemplares de flores blancas con violeta los descendientes eran todos iguales: violeta.
Su primera conclusión tras tomas muestras con otros seis caracteres fue: los descendientes híbridos de la
primera generación se parecen en exclusividad a uno de los padres y no al otro.
En esta primera generación F1 hay un rasgo dominante y otro recesivo, que nunca aparece.
El carácter dominante se designa con letra mayúscula (violeta V) y el recesivo con minúscula (blanco v).
Los individuos híbridos o heterocigóticos tienen dos factores diferentes (Vv) y los de raza pura u
homocigóticos los dos iguales (VV o vv).
El fenotipo es el conjunto de caracteres que la planta manifiesta (V en Vv, VV y v en vv), lo que vemos, el
genotipo es la constitución real del individuo (VV, Vv o vv).
3.− SEGUNDO EXPERIMENTO. SEGUNDA LEY DE MENDEL
Mendel dejó que las flores obtenidas en F1 (Vv) se reprodujeran por autofecundación. En la generación F2
volvían a salir flores blancas a razón del 25% aproximadamente.
El carácter dominante observado (fenotipo) de F2 podía ser el homocigótico (VV vv) o el heterocigótico (Vv
vV).
En F3 por autofecundación observó que las de raza pura pasaban sin variación el carácter a su descendencia
mientras que las heterocigóticas volvían a repetir el porcentaje anterior (25% de vv).
La proporción de genotipos en n generaciones sería 2n−1(VV): 2(Vv): 2n−1(vv) al cruzar dos genotipos Vv.
Con esto vemos que el híbrido heterocigótico no llega a desaparecer si bien en cada generación aumentan las
formas de raza pura.
Cuando en animales queremos averiguar si un individuo con fenotipo dominante es híbrido o de raza pura lo
cruzamos con un individuo homocigótico recesivo y si el individuo del problema es homocigótico toda su
descendencia manifestará el fenotipo dominante y será igual (1ª ley de Mendel). Si el individuo es
heterocigótico aparecerá en la descendencia el carácter recesivo en un 50%.
4.− TERCER EXPERIMENTO, Y TERCERA LEY DE MENDEL
Al considerar la herencia en dos caracteres (cruzamiento dihíbrido) observo que la 1ª generación tras dos
individuos de raza pura seguía siendo del 100% de individuos manifestando el genotipo dominante.
El fenotipo para un solo carácter de la siguiente generación sigue siendo 3:1 a favor del dominante (2ª ley).
Al analizar las dos variables (semilla lisa/rugosa L/l; semilla amarilla/verde A/a) confirmó que la herencia de
los caracteres era independiente. La probabilidad de que un individuo herede determinado carácter es
independiente de que herede cualquier otro.
Para saber la probabilidad de heredar dos caracteres basta con multiplicar las probabilidades de ambos
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independientemente.
Por ejemplo en (Ll, Aa) x (Ll, Aa) la probabilidad de que una semilla sea verde y lisa es 1/4 x 3/4 = 3/16
(probabilidad verde aa x probabilidad lisa LL o Ll)
5.− DOMINANCIA INCOMPLETA
Hay genes en que el heterocigótico tiene un fenotipo diferente al del homocigótico dominante (Ll no es igual
fenotipo que LL). Por ejemplo:
Homocigótica de flores rojas (RR) homocigótica de flores blancas (BB) en la F1 el genotipo BR no daría
flores blancas ni rojas sino rosas. Estos casos se llaman de herencia intermedia o codominancia
6.− LOS GENES LIGADOS
Los cromosomas tienen en sí varios genes. Los genes que están en el mismo cromosoma se llaman ligados.
En AABB x aabb la primera generación sería AaBb. La segunda que debería tener los fenotipos AB 9 ; Ab 3;
aB 3; ab 1 muestra los fenotipos AB 3; ab 1. En este caso los gametos llevarían juntos los genes AB o ab y en
la meiosis permanecerían juntos.
7.− ENTRECRUZAMIENTO
En la meiosis los genes se entrecruzan con lo que se produce un amplio número de variaciones genéticas.
Cuanto mayor sea la distancia que separa a los genes, mayor será la probabilidad de que se entrecrucen
(directamente proporcional).
Los genes de un cromosoma están ordenados linealmente.
TEMA 14 GENÉTICA HUMANA
1.− DETERMINACIÓN DEL SEXO
En todas las células de un individuo, excepto en los gametos existen dos series de cromosomas que forman
parejas de homólogos. Al agrupar estas parejas de homólogos existe un par diferente según sea la célula de
macho o de hembra.
Estos dos cromosomas son los cromosomas sexuales y el resto que son iguales en tamaño y forma para ambos
sexos son los autosomas. La representación gráfica de todos los cromosomas, tamaño, número, forma el
cariotipo.
El macho lleva el par de cromosomas sexuales XY y la hembra el XX. La feminidad está en los genes del
cromosoma X y la masculinidad está determinada por los genes del cromosoma Y. El efecto masculinizante
del cromosoma Y es mayor que el efecto feminizante del cromosoma X.
Las células somáticas de un individuo humano contienen 22 pares de cromosomas y un par XY en caso de
hombre o XX en caso de mujer.
La mujer produce un óvulo con 22 autosomas y un cromosoma sexual X y los varones tienen sus
espermatozoides repartidos al 50% de 22 autosomas + X y 22 autosomas + Y.
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2.− GENES LIGADOS AL SEXO
Son los que se encuentran localizados en los cromosomas sexuales y los caracteres que producen son
caracteres ligados al sexo.
Morgan identificó en 1910 los primeros genes ligados al sexo. Los genes para el color de ojos de la mosca
Drosophila.
Van ligados al cromosoma X de tal forma que si lleva el alelo recesivo se manifestará en el varón XrY pero
no en la mujer XrXR.
La hemofilia es una conocida enfermedad de herencia ligada al sexo (dificultad de coagulación de la sangre).
El factor para hacer proteínas coagulantes H; h el factor hemofílico que no las hace. De una mujer XHXh
normal pero portadora, el varón que herede el gen Xh será XhY con lo que manifestará la enfermedad y sus
hijas XHXh serán portadoras.
Otra anomalía ligada al cromosoma X es el daltonismo.
3.− GENES LETALES
Son genes que producen la muerte de los individuos que los tienen en homocigosis generalmente en las
primeras etapas del desarrollo.
El gen dominante es el que codifica la proteína funcional, el gen recesivo no se expresa. En los individuos
heterocigóticos el gen dominante se expresa y el recesivo no. En los individuos homocigóticos recesivos no se
forma ninguna proteína funcional que produce el rasgo normal que estudiamos. Por ejemplo los albinos tienen
ausencia de pigmento.
Si la proteína que debe producirse es esencial para la vida, el organismo que no la produce muere; al gen
defectuoso que desencadena esta reacción se le denomina gen letal.
En este caso la ley de mendel no se cumple puesto que ¼ de los individuos no son viables. Al cruce de Mm x
Mm tendríamos: 1 MM y 2 Mm portadores del gen letal. El 4º, mm moriría luego tendríamos 1/3 normal y 2/3
portadores.
Los genes letales dominantes M producen sus efectos incluso en condición heterocigótica Mm, en este caso
desaparecen con el mismo individuo portador de estos genes que no pueden llegar a transmitirse.
Los genes letales recesivos en heterocigosis pueden mantenerse sin provocar graves daños y sin poder ser
detectados por ser enmascarados por el alelo normal. El ser humano tiene entre 30 −40 de estos genes en
heterocigosis.
Si el alelo normal M no produce suficiente proteína como para enmascarar al recesivo m, el gen M presenta
una dominancia incompleta y el fenotipo Mm es diferente al MM. La braquifalangia presenta esta caso Bb
donde el gen letal b recesivo tiene al alelo normal B con dominancia incompleta y su fenotipo difiere del BB
al presentar dedos cortos de dos falanges en vez de tres. Este gen letal en homocigosis bb ocasiona graves
trastornos de huesos de tal forma que los individuos mueren en la infancia.
Hay genes dominantes con efecto letal recesivo. Por ejemplo ratones amarillos con negros (ALa x aa)
obtendremos un 50% (1:1) de amarillos y de negros. Si cruzamos amarillos heterocigóticos (ALa x ALa) la
proporción según la ley de mendel sería de 3:1 pero es de 2:1 puesto que el ratón con genotipo ALAL
manifiesta el efecto letal y muere antes de nacer.
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4.− DEFICIENCIAS METABÓLICAS HEREDABLES
Hay enfermedades hereditarias en los humanos que influyen directamente sobre el metabolismo.
LA FENILCETONURIA los individuos normales presentan genotipo AA o Aa. El gen A codifica una
enzima, la fenilalaninhidrolasa que cataliza la conversión del aminoácido fenilalanina en tirosina. Los niños
con genotipo aa acumulan fenilalanina los que dará lugar a un desequilibrio metabólico que daña el cerebro
produciendo un retraso mental.
EL ALBINISMO: determinado por un par de genes cuyo alelo recesivo en homocigosis no producirá la
enzima que convierte la tirosina en melanina.
6.− ALELOS MULTIPLES: LOS GRUPOS SANGUÍNEOS
Los genes que afectan a un mismo carácter se encuentran en sitios equivalentes del par de cromosomas
homólogos, recibiendo el nombre de alelos. Por ejemplo el gen para los ojos rojos R y blancos r son alelos.
Hasta ahora hemos visto genes que solo tienen dos formas de expresarse (R, r).
En los grupos sanguíneos humanos los alelos son los codominantes A,B y el recesivo O. A y B codifican cada
uno una proteína específica que se localiza en la superficie de los hematíes (el antígeno A y el antígeno B). O
no produce ningún antígeno.
Como las personas solo tenemos un par de alelos por solo disponer de dos cromosomas homólogos los
genotipos sanguíneos serán:
AA y AO para grupo sanguíneo A; BB y BO para grupo sanguíneo B; AB para grupo sanguíneo AB y OO
para grupo sanguíneo O.
7.− INTERACCIONES ENTRE GENES O CARACTERES POLIGÉNICOS
Hay caracteres como el color de la piel que son regidos por varios genes. La melanina es producida por varios
pares de alelos. También son caracteres poligénicos la estatura, complexión física, inteligencia etc.
8.− INTERACCIONES DE LOS GENES CON EL MEDIO AMBIENTE
El medio ambiente también influye sobre los genes. El sexo del gusano marino Bonellia queda determinado
en función de la concentración de CO2.
No todas las influencias del medio son tan drásticas pero por ejemplo si un niño no toma la dieta adecuada no
podrá crecer tanto como le permitan sus genes.
9.− MUTACIONES
Una mutación es un cambio heredable en el material genético de una célula.
Las mutaciones se original al azar, por causas inciertas, aunque se conocen agentes externos mutágenos como
las radiaciones ambientales (elementos radioactivos, rayos cósmicos etc.), temperatura y sustancias químicas
(gas mostaza, peroxidos...).
Una mutación en una célula somática puede provocar alteraciones pero desaparece cuando muere el individuo
que la sufre. Sin embargo las mutaciones en células sexuales pueden transmitirse como rasgos genéticos a los
descendientes.
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10.− TIPOS DE MUTACIONES
CAMBIOS EN LA ESTRUCTURA DEL CROMOSOMA
− deleción: pérdida de un trozo de cromosoma
• duplicación: repite un trozo de cromosoma
• inversión: a la ruptura de un cromosoma en la meiosis le sucede la soldadura de ese mismo
cromosoma pero invertido
• translocación: cuando dos cromosomas se rompen y se vuelven a unir se traslada a un trozo de
cromosoma no homólogo.
CAMBIOS EN EL NÚMERO DE CROMOSOMAS
Hay individuos que presentan un número de cromosomas distinto al de su especie.
Suele ser el resultado de una separación anormal de cromosomas en la meiosis. Un gameto anormal diploide
(2n) con un gameto normal haploide (n) nos daría un individuo triploide (3n). O tetraploide (4n) (8n) etc.
Estos poliploides en las plantas tienen mayor tamaño que las plantas diploides y han servido para obtener
mayor productividad.
Una trisomia ocurre en un individuo con un cromosoma triplicado. El síndrome de Down (individuos con 47
cromosomas triplicado en el 21) o el síndrome de Klinefelter (3 cromosomas sexuales XXY).
MUTACIONES GÉNICAS
Son las más importantes desde el punto de vista evolutivo. Surgen cuando al duplicarse el DNA se duplica
mal. Las mutaciones que tienen un efecto dominante sobre el alelo mutado son las únicas detectables en el
fenotipo. Las mutaciones recesivas permanecerán enmascaradas en heterocigosis. La mayoría de los genes
mutados son desfavorables.
TEMA 15 EVOLUCIÓN
1.− TEORÍA DE LAMARCK
Jean Baptiste Lamarck propuso una teoría basada en que el uso de las partes del cuerpo hace que se
desarrollen y su desuso que se atrofien. Además sostenía que estos cambios son heredables.
Esta teoría tiene su error en considerar que las características que desarrollaban por el uso se transmiten pues
hoy sabemos que lo único que se transmite es la información genética que figura en el DNA.
2.− DARWIN. LA TEORÍA DE LA SELECCIÓN NATURAL
Charles Darwin publica en 1859 su libro sobre el origen de las especies mediante la selección natural junto
con Alfred Rusell Wallance.
La teoría de la selección natural se puede deducir a partir de tres observaciones y dos conclusiones que de ella
se derivan:
• primera observación: todas las especies tienden a reproducirse en progresión geométrica
• segunda observación: en condiciones naturales el tamaño de las poblaciones permanece constante
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largos periodos de tiempo
• conclusión: no todos los cigotos llegan a individuos adultos. Hay, por tanto, una lucha por la
supervivencia
• tercera observación: no todos los individuos de la misma especie son iguales. Existe gran variación
individual.
• Conclusión: en la lucha por la supervivencia los individuos con variaciones más favorables son los
que se reproducen: supervivencia del más apto.
Por tanto es el medio ambiente el principal causante de la selección natural. Este irá eliminando a los
individuos con variaciones más desfavorables.
3.− TEORÍA ACTUAL DE LA EVOLUCIÓN
La síntesis entre la genética y el darwinismo produce la teoría sintética de la evolución basada en tres puntos:
• variación heredable: es todo cambio que se produce en la información genética (mutación ) y que se
transmite a la descendencia
• selección natural: la supervivencia del más apto se asimila a la reproducción diferencial o capacidad
de algunos individuos para dejar más descendientes que otros
• aislamiento reproductivo: imposibilidad de fecundación entre los individuos de una población.
La evolución actúa por la aparición de variaciones genéticas en una población y su propagación a toda la
población mediante la selección natural en sucesivas generaciones.
La base para que pueda actuar la selección natural es el gran número de variaciones posibles que se transmiten
hereditariamente. Estas variaciones se producen por diferentes mecanismos:
• recombinación gamética: cualquier individuo puede cruzarse con otro de sexo opuesto
• recombinación cromosómica: en la meiosis se produce de manera aleatoria una distribución de cromosomas
con lo que los gametos que produce un individuo llevan información diferente entre sí
• recombinación génica: por el fenómeno de entrecruzamiento de cromosomas en la meiosis
• la mutación es un cambio producido al azar de la información genética
• la inmigración o incorporación de nuevos miembros a la población.
Al conjunto de genes que posee una población se le llama reserva génica o pool génico.
La selección natural actúa sobre poblaciones de individuos. Cada generación de individuos es seleccionada
por el ambiente provocando la muerte o imposibilidad de descendencia a algunos de ellos.
Los organismos mejor adaptados al ambiente tienen mayor facilidad para subsistir y reproducirse dejando más
descendientes que otros (reproducción diferencial).
4.− INTERPRETACIÓN GENÉTICA DE LA EVOLUCIÓN
La evolución sería el cambio progresivo de las frecuencias génicas, es decir, a lo largo de las generaciones
existen una serie de genes que disminuyen en la población en tanto que otras aumentan.
La frecuencia de un gen A será el número total de individuos AA + la mitad de los individuos Aa dividido por
el número de miembros de la población.
P = AA + ½ Aa/ N
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Igualmente la frecuencia q de un gen a será: q = aa + ½ Aa / N
Y la suma p + q = 1
Por ejemplo en una población de 200 individuos con 100 individuos AA, 40 Aa y 60 aa, la frecuencia del gen
A será p = 0,6 y la del gen a q = 0,4. Así la probabilidad de obtener individuos:
AA = 0,6 x 0,6 = 0,36
Aa = 0,6 x 0,4 = 0,24
aA = 0,4 x 0,6 = 0,24
aa = 0,4 x 0,4 = 0,16
Es decir, con genotipo AA 36% , con genotipo Aa 48%, con genotipo aa 16%
5.− LA LEY DE HARDY − WEINBERG
Siguiendo con la población del ejemplo anterior, veamos la segunda generación:
En la primera la frecuencia de A vuelve a ser 0,6 y la de a 0,4 con lo que volveremos a obtener AA 36%, Aa
48% y aa 16%. Así sucede sucesivamente en todas las generaciones.
Y así Hardy y Weinberg extrajeron su ley que dice: si el apareamiento se da al azar, no se manifiestan
mutaciones y la población es significativamente grande, las frecuencias génicas permanecen constantes
generación tras generación.
Lo que hace que se produzca la evolución es que alguna de las condiciones de la ley Hardy − Weinberg no se
lleve a efecto:
• el apareamiento no suele ser al azar, los compañeros sexuales vienen determinados
• continuamente se están produciendo mutaciones que son de carácter recesivo en su mayoría con lo
que la selección natural las elimina. Solo la mutación de carácter dominante puede influir en las
frecuencias génicas puesto que la selección natural acuará a favor o en contra del carácter mutado.
6.− LA ESPECIACION
Los cambios evolutivos acaecidos en una población acaban en la formación de nuevas especies.
Una especie es el conjunto de individuos capaz de reproducirse entre sí pero no con otras especies. Lo que
separa a las especies es la barrera reproductora que se ha formado:
• por aislamiento: bien la formación de barreras geológicas o la imposibilidad de reproducirse unos
individuos con otros origina que con el tiempo se creen nuevas especies.
• por poliploidía: aumento del número de cromosomas por meiosis anormales.
7.− FORMAS DE PRODUCIRSE LA EVOLUCIÓN
la evolución se determina por la alteración del equilibrio génico de un grupo de individuos.
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La evolución no siempre se produce con la misma rapidez e intensidad.
Es un fenómeno irreversible. Si durante la evolucion se pierde una caracteristica es imposible de recuperar.
La velocidad de evolución varía según el tipo de organismos.
La evolucion se presenta en forma de árbol ramificado
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