la célula y los tejidos
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ANATOMÍA APLICADA 1º BACHILLERATO TEMA 1. LA CÉLULA Y LOS TEJIDOS TEMA 1. ORGANIZACIÓN TISULAR DE LOS SISTEMAS Y APARATOS HUMANOS: LA CÉLULA Y LOS TEJIDOS 1.1. Niveles de organización del ser humano. 1.2. La célula. La célula como unidad estructural y funcional básica. Partes de la célula: núcleo, citoplasma y orgánulos citoplasmáticos. Funciones específicas relacionadas con las estructuras celulares. La función mitocondrial y la producción de energía. 1.3. Los tejidos. El tejido como conjunto celular organizado y especializado. Tipos de tejidos: estructura y función básica. 1.1. NIVELES DE ORGANIZACIÓN BIOLÓGICA Al observar la materia viva podemos distinguir varios grados de complejidad estructural, que son los llamados niveles de organización. Podemos diferenciar de menor a mayor siete niveles: el nivel subatómico, el nivel atómico, el nivel molecular, el nivel celular, el nivel pluricelular, el nivel de población y el nivel de ecosistema. Los niveles subatómico y atómico son niveles abióticos, es decir, niveles de materia no viva; el nivel molecular es en parte un nivel abiótico y en parte un nivel biótico, ya que a él pertenecen los virus. Estos organismos están en la frontera entre la materia viva y la materia no viva, ya que, aunque se pueden reproducir en el interior de las células que parasitan, si no entran en contacto con una célula adecuada, pueden permanecer indefinidamente inertes. El resto de los niveles son todos bióticos. [Plantear estos niveles de organización es una manera de “descomponer la realidad” con el fin de conocerla y comprenderla mejor]. CARACTERÍSTICAS DE LOS DIFERENTES NIVELES DE ORGANIZACIÓN: a) Nivel subatómico. Lo integran las partículas más pequeñas de materia, como los protones, los neutrones, etc. (Cada día se identifican nuevas partículas subatómicas: continuamente conocemos más acerca del mundo y desconocemos aún más). b) Nivel atómico. Está constituido por los átomos. Los átomos son la parte más pequeña de un elemento químico que puede intervenir en una reacción. Por ejemplo, un átomo de hierro, un átomo de oxígeno, un átomo de hidrógeno, etc. c) Nivel molecular. Es el que incluye a las moléculas, unidades materiales formadas por la agrupación de dos o más átomos mediante enlaces químicos. Por ejemplo, una molécula de oxígeno (O2), una de carbonato cálcico (CaCO3), etc. A las moléculas que constituyen la materia viva se las denomina biomoléculas o principios inmediatos; por ejemplo, la glucosa (C6H12O6). Todas las moléculas que son compuestos de carbono se denominan moléculas orgánicas (excepto el dióxido de carbono, el monóxido de carbono, el carbonato cálcico...), ya que se creía que solamente las podían producir los organismos. Actualmente, tras lograrse la síntesis artificial de compuestos de carbono que nunca aparecen en los seres vivos, como, por ejemplo los plásticos, es preciso distinguir, dentro de las moléculas orgánicas, entre las biomoléculas y las que no lo son. A este nivel también pertenecen las macromoléculas y los virus. Las macromoléculas resultan de la unión de muchas moléculas en un polímero. La unidad que se repite se denomina monómero. Así, por ejemplo, el almidón (macromolécula) es un polímero de glucosa (monómero). Las proteínas (macromoléculas) son polímeros formados por aminoácidos (monómeros). Los ácidos nucleicos (macromoléculas) son polímeros de nucleótidos (monómeros). 1 DPTO. DE BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA VALDEPEÑAS DE JAÉN I.E.S. SIERRA SUR CURSO 2015-2016 ANATOMÍA APLICADA 1º BACHILLERATO TEMA 1. LA CÉLULA Y LOS TEJIDOS d) Nivel celular. Abarca las células. Estas son unidades de materia viva constituidas básicamente por una membrana, un citoplasma y un material genético. Se distinguen dos tipos de células: procariotas y eucariotas. • Las células procariotas carecen de envoltura nuclear y el material genético se halla disperso en el citoplasma. (Pro-proto= primero, primitivo; Carion= núcleo) • Las células eucariotas tienen envoltura nuclear dentro de la cual está el material genético. (Eu=bueno, verdadero, auténtico.) Son organismos unicelulares procariotas las bacterias y las cianobacterias (antiguamente llamadas algas cianofíceas o algas verde-azules), y son siempre organismos unicelulares eucariotas los protozoos, las algas unicelulares y los hongos unicelulares. Las células son, pues, las partes más pequeñas de materia viva que pueden existir libres en el medio. A veces, los organismos unicelulares se asocian formando colonias, consiguiendo así una mayor adaptación al medio, pero estas agrupaciones no se incluyen en el nivel pluricelular, ya que cada célula sigue realizando individualmente todas las funciones, a pesar de que algunas pueden especializarse para realizar una determinada función. e) Nivel pluricelular. Abarca aquellos seres vivos que están constituidos por más de una célula. Dentro de este nivel se pueden distinguir varios grados de complejidad o subniveles: los tejidos, los órganos, los sistemas y los aparatos. Los tejidos son conjuntos de células muy parecidas que realizan las mismas funciones y que tienen un mismo origen. Cuando un organismo pluricelular solo tiene un tipo de células, se dice que tiene estructura de talo. Las algas pluricelulares y los hongos pluricelulares, por ejemplo, tienen estructura de talo. Los órganos son las unidades estructurales y funcionales de los llamados seres vivos superiores. Están constituidos por varios tejidos diferentes y realizan actos concretos. Por ejemplo, el músculo bíceps está constituido por tejido muscular, tejido conjuntivo, tejido nervioso y sangre, y el acto que realiza consiste en la flexión del antebrazo. Otros órganos son el corazón (encargado de bombear sangre), etc. Los sistemas son conjuntos de órganos parecidos, ya que están constituidos por los mismos tejidos, pero que realizan actos que pueden ser completamente independientes. Por ejemplo, en el sistema muscular hay músculos que mueven la cabeza, otros los brazos, otros las piernas, etcétera. Otros sistemas son el óseo, el nervioso y el endocrino. Los aparatos son conjuntos de órganos que pueden ser muy diferentes entre sí, pero cuyos actos están coordinados para constituir lo que se llama una función. Por ejemplo, el aparato digestivo está formado por órganos tan diferentes como los dientes, la lengua, el estómago, etc., y todos coordinados realizan la función de la digestión. Los organismos metazoos (animales) y las metafitas (plantas) poseen células especializadas que forman órganos, aparatos y sistemas. f) nivel de individuo. El conjunto de todos los aparatos y sistemas, perfectamente coordinados y regulados (por el sistema neuroendocrino en los animales metazoos) constituye el nivel de individuo. g) Nivel de población. Se entiende por población el conjunto de individuos de la misma especie que viven en una misma zona y en un momento determinado (sin duda establecen relaciones entre ellos). h) Nivel de ecosistema. En él se estudian tanto el conjunto de poblaciones de diferentes especies que viven interrelacionadas (la llamada comunidad o biocenosis) como el lugar, con sus condiciones fisicoquímicas, en el que se encuentran viviendo (el llamado biotopo). El conjunto de biocenosis y biotopo se denomina ecosistema. Existen infinidad de ecosistemas y pueden tener muy diferentes tamaños. El mayor de todos es la propia biosfera. 2 DPTO. DE BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA VALDEPEÑAS DE JAÉN I.E.S. SIERRA SUR CURSO 2015-2016 ANATOMÍA APLICADA 1º BACHILLERATO TEMA 1. LA CÉLULA Y LOS TEJIDOS 1.2. LA CÉLULA COMO UNIDAD ESTRUCTURAL Y FUNCIONAL BÁSICA. PARTES DE LA CÉLULA: NÚCLEO, CITOPLASMA Y ORGÁNULOS CITOPLASMÁTICOS. FUNCIONES ESPECÍFICAS RELACIONADAS CON LAS ESTRUCTURAS CELULARES. 1.2.1. LA TEORÍA CELULAR. En 1.665, el inglés Robert Hooke observó con su primitivo microscopio una fina lámina de corcho en la que vio multitud de pequeñas celdillas a las que llamó células. Por ello se considera a Hooke el descubridor de la célula (aunque en realidad sólo vio los “esqueletos” de células vegetales muertas –paredes celulares-). Fueron precisos casi 200 años para que se formulara la teoría celular, uno de los pilares básicos de la biología moderna. La teoría celular quedó definida en tres principios básicos: • Todos los seres vivos están formados por una o más células. • La célula es la unidad anatómica y fisiológica de todo ser vivo, es decir, es la parte más pequeña de un organismo capaz de tener vida propia. La Fisiología estudia el funcionamiento de las células, de los órganos y aparatos, así como del organismo pluricelular completo. Por eso, al decir que una célula es la unidad fisiológica de un ser significa que es la parte más pequeña de ese ser vivo que funciona como un ser vivo: se nutre, se relaciona y se reproduce. • Toda célula procede por división de otra célula ya existente o lo que es lo mismo, todo ser vivo procede de otro ser vivo. Desde este punto de vista, los virus no pueden ser considerados seres vivos, ya que no son células. 1.2.2. MODELOS DE ORGANIZACIÓN CELULAR. Entre todos los seres vivos que habitan nuestro planeta, se pueden encontrar sólo dos tipos de organización celular: • Procariótica. Estas células se caracterizan por no tener una membrana nuclear, por lo que el ADN se encuentra en el citoplasma de la célula, y además, por carecer de orgánulos celulares excepto ribosomas. Todas las reacciones químicas de la célula ocurren en el mismo medio acuoso, el citoplasma. Presentan esta organización todos los organismos del reino moneras (bacterias y cianobacterias). Otras características de las células procariotas es que son de menor tamaño que las eucariotas, también se sabe que aparecieron mucho antes que aquellas y que no forman seres pluricelulares. • Eucariótica. Son células que tienen su material genético rodeado por una membrana, de modo que se delimita un núcleo. En el citoplasma presentan numerosos orgánulos rodeados por membranas con diferentes funciones. El tener espacios rodeados por membranas determina una compartimentación de las reacciones de la célula, lo que implica una mayor eficiencia de los procesos. Un compartimento corresponde al núcleo y otro al citoplasma. Presentan esta organización los organismos del resto de los reinos: protoctistas (protozoos y algas), hongos, animales y vegetales. Las células eucariotas son de mayor tamaño que las procariotas, son más modernas, surgieron a partir de antepasados procariotas y en muchos casos se organizan formando seres pluricelulares. 12.3. ESTRUCTURA DE LA CÉLULA PROCARIOTA. La estructura de la célula procariota es relativamente simple. Tienen una membrana plasmática que rodea al medio interno celular (citoplasma), en el que se hallan disueltas todas 3 DPTO. DE BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA VALDEPEÑAS DE JAÉN I.E.S. SIERRA SUR CURSO 2015-2016 ANATOMÍA APLICADA 1º BACHILLERATO TEMA 1. LA CÉLULA Y LOS TEJIDOS las sustancias y enzimas que participan en las reacciones químicas de la célula. Las estructuras que se observan en una célula procariota son: • La membrana plasmática. Es una envoltura continua muy delgada, que separa a la célula del medio extracelular. Está formada por una doble membrana de fosfolípidos, en las que se incluyen diversas proteínas. Es semejante a la de las células eucariotas. La membrana no es rígida, sino que todos sus componentes tienen cierto grado de movimiento (estructura fluida). Puede estar atravesada por flagelos bacterianos, que son filamentos de proteína que intervienen en el movimiento. La membrana controla de forma selectiva el intercambio de sustancias entre la célula y el medio. (Las membranas biológicas son semipermeables, pero en realidad pueden dejar entrar y salir ciertas moléculas en función de las necesidades de la propia célula). • La pared bacteriana. Las bacterias tienen, por fuera de la membrana plasmática, una envoltura resistente formada por ciertas moléculas orgánicas. La función de la pared es proteger al organismo, sobre todo de cambios de presión osmótica que podrían hacer estallar la membrana. [El medio externo de las bacterias es normalmente hipotónico con respecto al medio interno] (La mayoría de los antibióticos funcionan alterando la pared bacteriana con lo que las bacterias mueren por choque osmótico). Los componentes de la pared se sintetizan dentro de la célula y luego son expulsados al exterior donde se ensamblan formando esta envoltura protectora. • Los ribosomas. Son pequeñas partículas sin membrana. Se encargan de sintetizar todas las proteínas de la célula de acuerdo con la información contenida en el ADN. Sólo existen dos tipos de ribosomas: los de las células procariotas, las mitocondrias y los cloroplastos, que son más pequeños; y los presentes en el citoplasma de las células eucariotas que son más grandes. • El ADN. Los procariotas tienen una única molécula de ADN de doble cadena con sus extremos unidos formando un anillo. En esta molécula se almacena toda la información genética necesaria para vivir. Es el cromosoma bacteriano. A veces se le llama "núcleo bacteriano", aunque no esté rodeado de membrana. Además del gran cromosoma que se acaba de describir, muchas bacterias poseen pequeñas moléculas circulares de ADN que reciben el nombre de plásmidos. Suelen contener información para producir proteínas que les sirven para defenderse de algunas agresiones del medio (no es información vital pero puede ser muy útil ya que permite, por ejemplo, descomponer antibióticos (¿no has oído hablar de las bacterias “resistentes” a los antibióticos?). Los plásmidos se pueden copiar y pasar de unas bacterias a otras con facilidad. Hoy día los plásmidos son unas “herramientas” fundamentales en las nuevas técnicas de manipulación genética (Son muy buenos vectores para transformar bacterias). [Realizar un esquema de una bacteria] 1.2.4. LA CÉLULA EUCARIOTA. ORGÁNULOS Y ESTRUCTURAS http://portalacademico.cch.unam.mx/alumno/biologia1/unidad1/estructuraseucariotas/estr ucturasorganelos La célula eucariota es de mayor tamaño que la procariota, alcanzando por término medio unas 25 de longitud frente a las 4 o 5 de una bacteria. Evolutivamente son más modernas y derivarían de ciertos procariotas (teoría de la endosimbiosis: se comentará más adelante en este tema). La célula eucariótica, al igual que la procariótica, se halla rodeada por una membrana plasmática y contiene ribosomas en su citoplasma. Tanto la membrana plasmática como los 4 DPTO. DE BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA VALDEPEÑAS DE JAÉN I.E.S. SIERRA SUR CURSO 2015-2016 ANATOMÍA APLICADA 1º BACHILLERATO TEMA 1. LA CÉLULA Y LOS TEJIDOS ribosomas son similares a los de la célula procariota. La organización eucariota se caracteriza porque el material genético se halla rodeado por una membrana, constituyendo el núcleo. Además, en el citoplasma de la célula existen varios tipos de orgánulos celulares que realizan procesos específicos y gran cantidad de proteínas filamentosas que forman el citoesqueleto, un entramado que dota a la célula de cierta rigidez y le permite realizar algunos movimientos. Aparte de la membrana plasmática y los ribosomas, que tienen una estructura parecida a la que se ha visto en las células procariotas, las estructuras más importantes de la célula eucariota son: • Pared celular. Es una gruesa cubierta de celulosa que recubre la membrana plasmática de las células vegetales. La pared protege y da forma a la célula, une las células entre sí, evita que estallen cuando entra agua por ósmosis y constituye una barrera contra agentes causantes de enfermedad. También forma el esqueleto o soporte de las plantas. (Además de celulosa puede contener otras muchas moléculas orgánicas que, según al tejido vegetal al que pertenezca una célula, le permitirá tener una u otra función: protectora, de soporte, conductora, etc.). Las células de los hongos también poseen pared celular pero hecha de quitina (un polisacárido). • Retículo endoplasmático (RE). Está compuesto por una compleja red de membranas que forman sacos y tubos de forma aplanada y comunicados entre sí. Se extiende por todo el citoplasma. Hay dos tipos diferentes de retículo endoplasmático, el liso y el rugoso. El retículo endoplasmático rugoso (RER) tiene ribosomas adheridos a su membrana, mientras que el retículo endoplasmático liso (REL) carece de ellos. En el RER se almacenan las proteínas sintetizadas por los ribosomas que posee. El REL sintetiza principalmente lípidos. En ambos casos, las moléculas fabricadas suelen viajar en vesículas hasta el aparato de Golgi, donde son modificadas. • Aparato de Golgi. Está formado por grupos de membranas aplanadas llamadas cisternas que se apilan formando una estructura denominada dictiosoma. Alrededor de las cisternas se forman pequeñas vesículas de transporte. El aparato de Golgi tiene por principal misión empaquetar sustancias en vesículas. Dichas vesículas pueden permanecer dentro de la célula o bien pueden ser expulsadas al exterior, proceso denominado secreción. De esta forma pueden salir sustancias de todo tipo procedentes del RER, del REL y del propio aparato de Golgi (Recuerda: secreción ≠ excreción). También es el orgánulo encargado de sintetizar glúcidos. • Centrosoma. Está constituido por un par de pequeños cilindros perpendiculares entre sí llamados centriolos. Están formados por microtúbulos proteicos. No existen en los vegetales superiores. Los centriolos intervienen en la mitosis mediante la organización del huso acromático. A partir de los centriolos se organizan los cilios y los flagelos, que son prolongaciones finas recubiertas por la membrana plasmática que producen el movimiento de las células. • Mitocondrias. Suelen tener forma de salchicha, o son más o menos esféricas. Poseen una membrana externa y otra interna, muy replegada originando crestas. Contienen ADN y ribosomas, por lo que pueden sintetizar algunas de sus proteínas. Son las centrales energéticas de las células eucarióticas ya que en ellas tiene lugar la respiración celular, proceso mediante el cual se obtiene la energía útil a la célula, a partir de moléculas orgánicas y oxígeno. (Se hablará de ellas en el tema dedicado al metabolismo). • Cloroplastos. Son orgánulos exclusivos de las células vegetales. Presentan una doble membrana y contienen, al igual que las mitocondrias ADN circular y ribosomas. La membrana interna se presenta muy replegada y contiene numerosas vesículas (tilacoides) que se apilan. En estas vesículas es donde se encuentra la clorofila. Los cloroplastos son los orgánulos en los que tiene lugar el proceso de la fotosíntesis. 5 DPTO. DE BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA VALDEPEÑAS DE JAÉN I.E.S. SIERRA SUR CURSO 2015-2016 ANATOMÍA APLICADA 1º BACHILLERATO TEMA 1. LA CÉLULA Y LOS TEJIDOS En ocasiones los cloroplastos pierden la clorofila y se llenan de ciertas sustancias que pueden ser de reserva o de desecho; entonces reciben el nombre general de plastos. También pueden contener pigmentos (se localizan en flores y frutos) y se llaman cromoplastos. • Lisosomas. Son vesículas que contienen enzimas hidrolíticas o digestivas que catalizan la rotura de moléculas complejas en otras más simples. Están especializados en la digestión de macromoléculas, es decir, producen su transformación en moléculas más simples. Son propias (pero no exclusivas) de las células animales y de los hongos. Suelen estar recubiertas internamente por una capa de mucopolisacáridos con el fin de que las enzimas no digieran la membrana y la propia célula. La digestión se puede llevar a cabo dentro de la célula o fuera de ella. En este último caso los lisosomas deben expulsar su contenido fuera de la membrana. • Vacuolas. Son vesículas rodeadas por una membrana que están rellenas de líquido en el que hay otras sustancias. Las de las células vegetales son más grandes que las de las células animales y ocupan gran parte del volumen de la célula. Almacenan diversos tipos de sustancias de reserva, de desecho, etc. En las células vegetales tienen gran importancia, actuando como esqueleto hidrostático (plantas herbáceas). • Núcleo. Es la estructura más característica de la célula eucariótica. Consta de una membrana nuclear doble y con poros, un líquido llamado nucleoplasma, un nucleolo, donde se forma el ARN ribosómico y las fibras de cromatina, formadas por ADN y proteínas. Durante la división celular, la cromatina se transforma en los cromosomas. Los cromosomas solo se forman en momentos muy concretos del ciclo celular siendo, por tanto estructuras temporales. La mayor parte del tiempo, el ADN está en forma de cromatina, no debemos olvidarlo. Sin embargo siempre solemos referirnos a los cromosomas (por ejemplo decimos que la especie humana tiene 46 cromosomas en sus células y nunca se nos ocurre referirnos a que poseemos 46 fibras de cromatina. Esto ocurre porque los cromosomas son fácilmente visibles y diferenciables unos de otros. La cromatina en cambio aparece como una maraña difusa en la que cada fibra no se distingue de las demás). Cada cromosoma aparece formado por dos piezas o cromátidas hermanas, idénticas, que están unidas por una región denominada centrómero. Las cromátidas hermanas contienen exactamente la misma información genética. El número de cromosomas es fijo para cada especie y constituye su cariotipo. El núcleo es el portador de la información genética de la célula, por lo que controla y dirige todos los procesos celulares. 1.2.5. DIFERENCIAS ENTRE CÉLULAS ANIMALES Y VEGETALES. La diferencia fundamental entre ambos tipos de células radica en su modo de nutrición: autótrofa la vegetal y heterótrofa la animal (y la de los hongos), pero hay diferencias morfológicas y en cuanto a los orgánulos que contienen. En cuanto a la forma, las células vegetales tienden a ser prismáticas. Además, poseen pared celular de celulosa, contienen cloroplastos y plastos, una gran vacuola que ocupa casi todo el espacio citoplasmático, no poseen centriolos (no forman un huso acromático durante la división) y no puede olvidarse que las células vegetales contienen mitocondrias junto con el resto de los orgánulos ya enumerados al hablar de las células eucariotas. Las células animales tienden a ser esféricas (siempre que no estén especializadas), no poseen pared celular, no tienen cloroplastos ni plastos, sus vacuolas son de pequeño tamaño, suelen contener una gran cantidad de lisosomas, centriolos y el resto de los orgánulos mencionados al hablar de las células eucariotas. Hasta aquí se comentan aspectos muy generales, pero tengamos en cuenta la enorme diversidad de organismos vivos y que muchos de ellos son pluricelulares con especialización de sus células, lo que hará que tanto sus formas como el desarrollo de sus orgánulos esté fuertemente influido por su función (por ejemplo, en una célula de raíz no esperemos encontrar cloroplastos). 6 DPTO. DE BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA VALDEPEÑAS DE JAÉN I.E.S. SIERRA SUR CURSO 2015-2016 ANATOMÍA APLICADA 1º BACHILLERATO TEMA 1. LA CÉLULA Y LOS TEJIDOS Teoría de la endosimbiosis: el tamaño, la presencia de ribosomas y de ADN, ambos de tipo bacteriano, y la existencia de una doble membrana hace pensar en que mitocondrias y cloroplastos podrían ser antiguas bacterias que fueron fagocitadas por otra de mayor tamaño, pero no resultaron digeridas, “quedándose a vivir” juntas y repartiéndose el trabajo. La membrana interna sería la propia del organismo fagocitado y la externa, pertenecería a la célula que la englobó en una vacuola digestiva. Se sospecha que los cilios y flagelos pudieron ser también bacterias (espiroquetas) capturadas. 1.3. LOS TEJIDOS 1.3.1. LAS LIMITACIONES DEL SER UNICELULAR Un ser unicelular no puede superar un cierto tamaño, siendo casi siempre microscópico. Esta limitación viene dada por la relación entre el volumen celular y la superficie de intercambio con el exterior que posee: al aumentar la longitud de la célula, su volumen crece al cubo mientras que su superficie sólo al cuadrado; esto significa que enseguida la membrana celular va a ser insuficiente para todo el intercambio de sustancias que precisaría el contenido celular [Para entender mejor la relación superficie/volumen imagina una persona que pese 50 Kg y que posee una superficie s; otra que pese el doble no dispone del doble de superficie (2s); como tiene mucha más masa, generará más calor y Este no podrá disiparse al exterior fácilmente por falta de superficie por lo que para refrigerar su cuerpo, sudará en abundancia ante el más mínimo esfuerzo. Por el mismo motivo, los niños presentan proporcionalmente mucha superficie para el volumen que contienen, por esto se deshidratan con facilidad en verano y pierden rápidamente su calor (hipotermia) cuando hace frío]. Por otra parte, el núcleo no puede controlar a toda la célula a partir de un cierto tamaño de esta. Este hecho (el crecimiento celular hasta un límite) parece desencadenar el proceso de división celular. [Piensa en la superficie que tiene una moneda de un euro, la de la cara, la de la cruz y la del canto. Si la juntamos a otra moneda igual, tendremos el doble de volumen, pero su superficie sólo habrá aumentado en un canto]. Los seres unicelulares tienen que realizar todas las funciones “ellos solos”, es decir, la nutrición, la relación y la reproducción. Estas células están en contacto directo con el medio que las rodea y están muy influidas por él. 1.3.2. EL ORIGEN DE LA PLURICELULARIDAD Las ventajas de ser grande estriban en ser más independiente del medio: por ejemplo, a mayor masa hay más capacidad para soportar variaciones de la temperatura (porque se contiene mayor cantidad de agua que, como sabemos, actúa de amortiguador). Por otra parte, un mayor tamaño puede ser ventajoso a la hora de competir con otros individuos por los recursos alimenticios y también a la hora de protegerse de depredadores o, si se es un depredador, puede haber mayor facilidad para atrapar a las presas. En resumen, hay diferentes causas que han seleccionado el aumento de tamaño en muchas especies y como el tamaño celular es limitado, la solución ha pasado por la creación de seres pluricelulares derivados de una sola célula inicial (cigoto). En un ser pluricelular, el grupo de células actúa como un todo pero no todas las células están en contacto directo con el medio externo que les rodea y que les proporciona los recursos necesarios para sobrevivir. Por ello, la mayoría de los organismos pluricelulares que hoy conocemos muestra además otra característica: el reparto del trabajo de sus células. Salvo las algas cianofíceas filamentosas y ciertas algas verdes, que son simples conjuntos de células que tras la división asexual permanecen más o menos unidas, el resto de los organismos 7 DPTO. DE BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA VALDEPEÑAS DE JAÉN I.E.S. SIERRA SUR CURSO 2015-2016 ANATOMÍA APLICADA 1º BACHILLERATO TEMA 1. LA CÉLULA Y LOS TEJIDOS pluricelulares presenta células que realizan funciones concretas, se trata de células especializadas. Por suerte, contamos hoy día con ejemplos vivientes en los que podemos observar desde células muy poco especializadas hasta otras con funciones muy concretas. [Volviendo al empleo de símiles: es difícil encontrar una persona que sepa hacer bien toda una casa, es decir, que sea un buen albañil y un buen escayolista y un buen fontanero y carpintero y pintor... Lo normal es que las personas se especialicen y esa especialización los hace más eficientes en su trabajo]. Se denomina tejido a un conjunto de células que, dentro de un organismo pluricelular, tienen un aspecto semejante y realizan una misma función. En los tejidos con funciones muy especializadas, las células suelen tener formas muy relacionadas con la misión que realizan en el individuo (se verán ejemplos). En la mayoría de los seres pluricelulares TODAS sus células proceden de una única célula inicial, el cigoto, fruto de la reproducción sexual y a partir de él originarán por división asexual o mitosis un embrión que se desarrollará hasta formar un nuevo individuo (que podrá tener incluso billones de células). Todas las células de un ser pluricelular contienen exactamente la misma información genética, heredada de sus progenitores y en principio podrían desarrollarse especializándose en cualquiera de los tipos posibles que presente la especie. Se denomina totipotencia a la capacidad de una célula de especializarse o diferenciarse en cualquier tipo celular. Pero a partir del momento en que una célula se diferencia o especializa, pierde su totipotencia y ya sólo “leerá” la información correspondiente al trabajo que va a desempeñar. El resto de la información quedará para siempre oculta (miles de genes quedarán “mudos” y no se expresarán nunca, mientras que otros sí lo harán en función de las necesidades de la célula. Además, en las células de los organismos pluricelulares existen muchos genes cuya misión es la de controlar la proliferación celular: cada célula tiene una función y trabaja en equipo; no puede permitirse el lujo de reproducirse cuando quiera ni de hacer lo que le apetezca. A veces, no obstante esto ocurre: la célula se vuelve cancerosa). La excepción a lo anteriormente dicho se halla en las células germinales o reproductoras llamadas gametos, que poseen toda la información propia de la especie pero sólo una vez y no dos veces como el resto de las células (que llamamos somáticas) [Recuerda los conceptos de célula diploide y de célula haploide]. Hoy en día siguen sin conocerse los mecanismos que regulan la diferenciación de las distintas células de un embrión para que se creen de manera organizada todos los tejidos, órganos y aparatos, aunque está claro que hay miles de genes cuya función es la de regular la acción de otros genes. Sí se sabe que la totipotencia se mantiene en las primeras etapas de la embriogénesis, lo que permite el fenómeno natural de la formación de hermanos gemelos (no sólo en los humanos) y el fenómeno no tan natural de conseguir hermanos clónicos, separando las células de un embrión recién formado (ha sido realizado, por ejemplo, en renacuajos o muy recientemente en monos). Los últimos avances en ingeniería genética han conseguido que a partir de una célula diferenciada se pueda generar un individuo completo: la clonación reproductiva (la oveja Dolly fue el primer caso de mamífero clónico) se logra a partir de una célula cualquiera de un individuo donante y originará con la ayuda de un óvulo sin núcleo un nuevo individuo genéticamente idéntico al que donó su información genética [Esto no es cierto totalmente: sus mitocondrias procederán de la hembra donante del óvulo, y las mitocondrias también tienen su ADN propio. También hay que tener en cuenta factores externos al genoma que constituyen la epigenética]. Las investigaciones con embriones (en realidad preembriones de varios días de edad), tan polémicas hasta hace muy pocos años por el tema ético, están relacionadas con las 8 DPTO. DE BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA VALDEPEÑAS DE JAÉN I.E.S. SIERRA SUR CURSO 2015-2016 ANATOMÍA APLICADA 1º BACHILLERATO TEMA 1. LA CÉLULA Y LOS TEJIDOS propiedades de la totipotencia y de la pluripotencia. Hoy en día la posibilidad de reprogamar células somáticas abre un nuevo campo a los estudios de regeneración de órganos dañados (terapia celular) [Ver entrada al blog “Un poco de mucho es bastante”]. IMPORTANTE: la diferenciación celular no solo tiene lugar durante la formación del embrión. En nuestro cuerpo adulto, las células que forman la epidermis se están renovando continuamente. Se originan a partir de células “madre” de la piel que se reproducen sin cesar. Sus células hijas se diferencian cargándose de queratina y llegando a morir como fin de su especialización. También poseemos células madre pluripotentes en nuestro organismo: son aquellas que originan hijas que se pueden diferenciar en varios tipos diferentes (pero no todos) de células especializadas. Es el caso de las células madre de la médula ósea, que se pueden diferenciar en glóbulos rojos, en cualquiera de los tipos de glóbulos blancos y en precursoras de las plaquetas. 1.3.3. TEJIDOS VEGETALES: EL TALO Y EL CORMO. El mundo vegetal ofrece una gran diversidad de formas más o menos evolucionadas, contando desde grupos que cuentan con tejidos incipientes como las algas pluricelulares, en las que todas las células son casi iguales en aspecto y función. No cabe hablar de tejidos “verdaderos” pero comienza a haber un reparto de tareas. Decimos que poseen una estructura de talo. De hecho, a estas algas las clasificamos en el reino Protistas o Protoctistas, en el que también entran organismos unicelulares como otros muchos grupos de algas y los protozoos, por el hecho de no poseer tejidos. En el reino de las Metafitas, los musgos y los helechos (criptógamas o plantas sin flores) sí se puede decir que presentan tejidos, aunque no tan especializados y eficientes como los de las plantas superiores (fanerógamas o espermafitas que son las plantas con flores y con semillas) las cuales, cuentan con toda una serie de células altamente especializadas, ya sea en conducción de líquidos, en la fotosíntesis, en el soporte, en la protección o en la reproducción. Los vegetales que poseen tejidos verdaderos, se dice que tienen estructura de cormo. Los musgos son de pequeño tamaño y viven en lugares húmedos: no han “inventado” unos buenos tejidos de soporte, ni otros que protejan de la deshidratación, ni pueden conducir bien la savia; los helechos “mejoran” el diseño y así siguen las plantas con flores del grupo de las gimnospermas hasta llegar a las más modernas, las plantas angiospermas o con semilla cubierta. 1.3.4. TEJIDOS ANIMALES. RELACIÓN ENTRE ESTRUCTURA Y FUNCIÓN. Los principales tejidos animales podemos dividirlos en tejidos con células poco diferenciadas y en tejidos con células muy especializadas. Entre los del primer grupo destacamos los tejidos epiteliales (sin sustancia intercelular), distinguiendo los de revestimiento y los secretores; los tejidos conectivos (con sustancia intercelular) dentro de los cuales encontramos los tejidos conjuntivo, cartilaginoso, óseo y sanguíneo. Por otra parte, los tejidos con células muy especializadas son el muscular y el nervioso. Estos serán analizados en profundidad en otros temas referentes a aparatos y sistemas. (No se suele hablar de otros tejidos pero sin duda podría hacerse: tejido hepático; tejido pancreático; etc. Hay más de100 tipos de células diferentes en nuestro organismo). Tejidos epiteliales El tejido epitelial tiene una función básicamente protectora, pero en algunos casos también secretora de sustancias. Se localiza sobre todo en la superficie externa del organismo; entendiendo por externa la que separa el medio que rodea al organismo (medio externo) del interior (medio interno). Por ello el tejido epitelial forma la capa más externa de la piel 9 DPTO. DE BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA VALDEPEÑAS DE JAÉN I.E.S. SIERRA SUR CURSO 2015-2016 ANATOMÍA APLICADA 1º BACHILLERATO TEMA 1. LA CÉLULA Y LOS TEJIDOS (epidermis) y también la capa que recubre las fosas nasales, vías respiratorias, tubo digestivo, uretra, uréteres, vejiga urinaria, vagina, útero, etc. También recubrirá cavidades internas de otros órganos que no tienen contacto con el exterior, como el corazón o los vasos sanguíneos. Dentro del tipo de tejido epitelial de revestimiento se hacen distinciones en función de la forma de las células así como del número de capas en que éstas se disponen. Hay epitelios de células planas o epitelios pavimentosos. Dentro de éstos, pueden ser monoestratificados como el endotelio que tapiza el interior de los vasos sanguíneos o pluriestratificados como la piel, con las últimas capas de células muertas y cargadas de queratina. Existe otro epitelio de células vivas que deben ser continuamente humedecidas, es la mucosa, como la que recubre la faringe, la cavidad bucal o la vagina. Hay epitelios de células cilíndricas que también pueden ser de células monoestratificadas como los que recubren el intestino, con la importantísima función de absorber nutrientes tras la digestión. Existe otro tipo denominado pseudoestratificado (parecen dos capas pero es una sola) como el que recubre la tráquea y los bronquios. Este, además, presenta cilios en la cara de la célula que da a la luz del tubo. [No debemos confundir mucosa con mucosidad, pero el parecido en los términos tiene que ver con que la mucosa debe estar protegida por un líquido más o menos fluido y con diferentes composiciones llamado mucus o moco que mantiene vivas a unas células que “se asoman” al medio externo.] El epitelio glandular consta de células especializadas en segregar sustancias. Algunas de estas células pueden encontrarse aisladas entre células epiteliales de revestimiento, como las células caliciformes del estómago que producen jugo gástrico o las células productoras de mucus del intestino o la tráquea. Pero en general están agrupadas formando estructuras que denominamos glándulas. Los productos que segregan son muy variados: sudor, lágrimas, saliva, hormonas, bilis, líquido seminal, grasa, leche, líquido sinovial, etc. Si la glándula presenta conductos y vierte sus productos al medio externo se denomina exocrina, si por el contrario vierte al medio interno a través de la sangre (no necesita conductos) será endocrina y sus productos hormonas. El páncreas es una glándula mixta porque posee ambas características. [exo = fuera; endo = dentro; crinos = segregar] (Recuerda que expulsar al tubo digestivo es arrojar al exterior). Tejidos conectivos Hay muchos tipos de tejidos conectivos y la característica que los relaciona a todos ellos es la de que dejan grandes espacios entre sus células. Sus funciones son muy variadas, los hay de soporte, de protección, de relleno, de unión entre órganos, etc. En términos generales se considera que sus células están poco especializadas, pero no siempre es así. Los espacios intercelulares en muchos casos son rellenados por sustancias segregadas por las mismas células. Dentro de los tejidos conectivos diferenciamos el conjuntivo, el cartilaginoso, el óseo y el sanguíneo. Tejido conjuntivo. En este tejido se distinguen tres tipos de elementos que sirven para hacer la clasificación: Matriz extracelular, compuesta por agua, macromoléculas orgánicas, sales minerales y sales orgánicas. Fibras, son moléculas de naturaleza proteica pero con diferentes propiedades como las de colágeno (muy flexibles pero no elásticas, forman haces o paquetes), las de elastina (elásticas) y las reticulares (fibras sueltas de colágeno). Las células del tejido conjuntivo son las siguientes: fibroblastos, que producen la matriz y las fibras; histiocitos o macrófagos que son un tipo de glóbulos blancos con función defensiva; mastocitos o células cebadas, que son responsables de la respuesta inflamatoria ante una lesión o también ante una alergia. Segregan histamina que es un potente vasodilatador; adipocitos, células que 10 DPTO. DE BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA VALDEPEÑAS DE JAÉN I.E.S. SIERRA SUR CURSO 2015-2016 ANATOMÍA APLICADA 1º BACHILLERATO TEMA 1. LA CÉLULA Y LOS TEJIDOS almacenan grasa y melanocitos, que son las células que se encargan de acumular la melanina (pigmento que colorea la piel y el pelo). Se suelen distinguir los siguientes tipos de tejido conjuntivo: Tejido conjuntivo laxo. Presenta todos los tipos de fibras y de células ya mencionados, se encuentra bajo la piel y entre las vísceras. [Laxo = flojo] Tejido conjuntivo elástico. Predominan las fibras de elastina lo que confiere elasticidad al tejido. Lo encontramos en vasos sanguíneos, bronquios y formando los pulmones. Aparece también uniendo la piel a los músculos subcutáneos. Tejido conjuntivo fibroso. Abundantes fibras de colágeno, este tejido presenta una notable resistencia al estirado, por eso forma los tendones, los ligamentos o las cuerdas vocales (es flexible pero no elástico: se dobla pero no se estira). Tejido conjuntivo reticular. Las fibras reticulares forman un entramado en el que pueden alojarse células y por donde circulan vasos sanguíneos. Por ejemplo la médula ósea, las amígdalas, los ganglios linfáticos o el bazo se componen básicamente de este tejido. Tejido conjuntivo adiposo. Se encuentra bajo la piel en determinadas zonas corporales y contiene gran cantidad de adipocitos que constituirán una reserva de grasa y forman el panículo adiposo (el tocino está constituido por este tejido). Como vemos, bajo la piel hay varios tejidos conjuntivos, que pueden coexistir en diferentes proporciones según los lugares y otras circunstancias. Tejido cartilaginoso. Es un tejido de soporte que forma parte del esqueleto. Está constituido por unas células especiales, los condroblastos y por una sustancia intercelular o matriz sólida de origen proteico. Los condroblastos están en unos huecos, rodeados por la matriz que ellos mismos han segregado. Una vez que han cumplido su función pasan a denominarse condrocitos. El cartílago está rodeado por tejido conjuntivo que se denomina pericondrio adonde llegan las terminaciones nerviosas y los vasos sanguíneos. Los nutrientes pasan de estos vasos capilares a las células por difusión a través de la matriz, (la difusión de estas sustancias es muy lenta y por eso un cartílago roto cicatriza mal). Tipos de cartílago: Cartílago hialino. Forma el tabique nasal, el esqueleto de los embriones, laringe, tráquea, bronquios, parte de las costillas y extremos de los huesos. (Hialino = traslúcido) [La ternilla que presentan las costillas de cerdo o las de choto son los huesos que por la corta edad de los animales no han llegado a ser sustituidos por tejido óseo]. Cartílago elástico. Forma el pabellón de la oreja (esqueleto interior) y la epiglotis. Contiene muchas fibras de elastina. Cartílago fibroso. Forma los discos intervertebrales o los meniscos. Presenta una alta proporción de colágeno. Tejido óseo. Es un tejido de soporte. Forma el esqueleto. Este armazón tiene muchas e importantes funciones, como por ejemplo: 1. Soporte o esqueleto del cuerpo; 2.Movilidad, al constituir un sistema de palancas que los músculos moverán; 3.Protección de vísceras y órganos (cerebro, médula espinal, corazón, pulmones); 4.Posibilita la ventilación pulmonar; 5.Son la reserva del ion calcio; 6.Contiene a las células hematopoyéticas. (Como ventaja añadida, gracias a su consistencia son las partes del organismo que tienen más probabilidad de fosilizar y gracias a ello podemos conocer la existencia de muchas especies y en definitiva la historia del pasado). El tejido óseo está formado por varios tipos de células. Los osteoblastos son las células que fabrican la matriz; esta matriz contiene una alta proporción de sales minerales, básicamente un fosfato cálcico (hidroxiapatito) y también algo de carbonato de calcio. Una vez expulsados estos componentes al espacio intercelular, las células ya no pueden dividirse ni moverse y se denominan osteocitos. Otro componente fundamental de la matriz es una proteína llamada 11 DPTO. DE BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA VALDEPEÑAS DE JAÉN I.E.S. SIERRA SUR CURSO 2015-2016 ANATOMÍA APLICADA 1º BACHILLERATO TEMA 1. LA CÉLULA Y LOS TEJIDOS colágeno (sales y colágeno se encuentran casi en la misma proporción). Las sales proporcionan rigidez y el colágeno cierta elasticidad: si no hubiera colágeno los huesos serían muy duros pero frágiles como el cristal (→ enfermedad genética de los huesos de cristal u osteogénesis imperfecta). Los diferentes osteocitos se comunican entre sí mediante prolongaciones citoplasmáticas que hay entre pequeños conductos de la matriz llamados conductos calcóforos. La matriz ósea no es permeable ni al agua ni a otras sustancias así que el único modo de sobrevivir es estableciendo esos puentes entre las células y pasando de unas a otras los nutrientes y los desechos. Los huesos presentan multitud de canales por los que circulan arterias, venas, capilares y nervios. Estos vasos sanguíneos proporcionan el sistema de transporte de nutrientes y de desechos al que tienen acceso las células óseas más próximas y ya se ha comentado cómo se llega a las más alejadas. Los osteoclastos [clasto = romper] son otro tipo de células que contienen lisosomas con los que digieren la matriz ósea. Los osteoblastos generarán nueva matriz y así, mediante la acción conjunta de estos dos tipos de células se produce el crecimiento y la remodelación del hueso (al hacer ejercicio físico los huesos crecen en grosor) así como la reparación tras una fractura. No puede olvidarse que los huesos son estructuras vivas que continuamente se renuevan y modifican. En las personas mayores, la pérdida de colágeno vuelve frágiles los huesos, pero también la pérdida de sales (descalcificación). Se llegan a formar auténticos huecos (osteoporosis), siendo un problema médico de importancia. El hueso está recubierto por una envoltura de tejido conjuntivo llamada periostio, donde se insertan los tendones y los ligamentos. En los embriones los huesos se crean a partir de un molde cartilaginoso por destrucción controlada del mismo y sustitución por matriz ósea. Al nacer, una porción importante de cada hueso es todavía de cartílago. A lo largo de la infancia y la adolescencia, el cartílago va creciendo y a continuación va siendo sustituido por hueso. Cuando se acaba el cartílago, el crecimiento cesa. Los huesos presentan en sus extremos una envoltura cartilaginosa (no es el cartílago que permite crecer al hueso) y que facilita la articulación entre ellos disminuyendo la fricción. Además existe una almohadilla rellena de líquido sinovial. Con la edad, estos cartílagos pueden osificarse produciendo soldadura entre huesos. Se trata de un tipo de artrosis. Se distinguen dos tipos de tejido óseo: el óseo compacto, que forma la zona más externa de las cabezas de los huesos largos o epífisis (ej. fémur) y la caña de los mismos o diáfisis, así como las zonas externas de los huesos planos (ej. omóplato, cadera, huesos del cráneo). El tejido óseo esponjoso se encuentra en el interior de los extremos de los huesos largos y en el interior de los huesos planos. Su disposición dejando huecos (como una esponja) colabora perfectamente en la función de soporte sin añadir peso y además contiene la médula ósea, en la que se elaboran continuamente las células sanguíneas o hematopoyéticas. Tejido sanguíneo. La descripción de este tejido se hará en el tema sobre el medio interno. Las células que constituyen este tejido se originan en la médula ósea roja de los huesos. En esta estructura se encuentran las células madres de las células sanguíneas, que por mitosis de las mismas crean nuevas células que maduran diferenciándose en glóbulos blancos, glóbulos rojos y plaquetas. Las células hematopoyéticas o células madre sanguíneas son pluripotentes puesto que en función de las necesidades del organismo en un momento dado, pueden transformarse en glóbulos rojos o en uno de los más de diez tipos de glóbulos blancos existentes o en las células formadoras de plaquetas (megacariocitos). Obviamente, el espacio intercelular es el propio plasma de la sangre y por ese motivo se considera a este tejido dentro de los conectivos. 12 DPTO. DE BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA VALDEPEÑAS DE JAÉN I.E.S. SIERRA SUR CURSO 2015-2016
