Biología Plan Común by DannyCzK

Ciencias Plan Común

LIBCES001BL-A10V1

Biología

Han colaborado en esta edición: Subdirectora Académica Paulina Núñez Lagos Directora PSU y Programas Consolidados Patricia Valdés Arroyo Equipo Editorial Lídice Barría Núñez María Paz Ramírez Calderón Diseño Gráfico y Diagramación Pamela Martínez Fuentes Diseño de Portada

CPECH

Preuniversitarios

Vania Muñoz Díaz

Autor

Preuniversitarios Cpech.

N° de Inscripción

238.242 del 31 de Enero de 2014.

Derechos exclusivos

Cpech S.A.

PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN TOTAL O PARCIAL Año Impresión 2014 Impreso en QUADGRAPHICS CHILE S.A.

ÍNDICE

11 PRESENTACIÓN Capítulo Estructura y Actividad Celular 1: Organización, 15 1.

La vida y sus propiedades ........................................................................................ 16

2. Composición de la materia viva ............................................................................... 19 2.1 Átomos y moléculas............................................................................................. 19 2.1.1 Enlaces químicos...................................................................................... 19 2.1.2 Reacciones químicas................................................................................. 20 2.2 Biomoléculas........................................................................................................ 21 2.2.1 Biomoléculas inorgánicas......................................................................... 21 2.2.2 Biomoléculas orgánicas............................................................................ 24

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3. Morfología celular..................................................................................................... 34 3.1 Teoría celular........................................................................................................ 35 3.2 Diversidad celular................................................................................................. 35 3.2.1 Procariontes.............................................................................................. 36 3.2.2 Eucariontes............................................................................................... 36 3.3 Organización estructural y funcional de la célula animal..................................... 37 3.3.1 Membrana plasmática.............................................................................. 37 3.3.2 Citoplasma............................................................................................... 44 3.3.3 Organelos................................................................................................. 46 3.4 Organización estructural y funcional de la célula vegetal.................................... 51 3.4.1 Pared celular............................................................................................. 52 3.4.2 Citoplasma............................................................................................... 52 3.4.3 Organelos característicos.......................................................................... 52 3.5 Núcleo celular...................................................................................................... 54 3.5.1 Envoltura nuclear...................................................................................... 54 3.5.2 Cromatina................................................................................................. 55 3.5.3 Cromosomas............................................................................................ 56 3.5.4 Nucléolo................................................................................................... 58 3.6 Ciclo celular......................................................................................................... 59 3.6.1 Interfase................................................................................................... 60 3.6.2 División celular o mitosis.......................................................................... 61 3.6.3 Control del crecimiento y la reproducción celular..................................... 63 3.6.4 Diferenciación celular............................................................................... 63 3.6.5 Regulación del ciclo celular....................................................................... 64

Capítulo 2: Reproducción y Desarrollo 1. 2. 3.

Reproducción asexuada............................................................................................ 72 1.1 Fisión o bipartición.............................................................................................. 72 1.2 Yemación............................................................................................................. 73 1.3 Esporulación o escisión múltiple.......................................................................... 73 1.4 Fragmentación..................................................................................................... 73 Reproducción sexuada.............................................................................................. 74 2.1 Diferenciación sexual........................................................................................... 74 2.2 Sexo fenotípico.................................................................................................... 75 Meiosis...................................................................................................................... 76 3.1 Etapas de la meiosis............................................................................................. 76 3.2 Consecuencias genéticas de la meiosis................................................................ 79

4. Gametogénesis.......................................................................................................... 80 5. Ovogénesis................................................................................................................ 80 5.1 Características generales...................................................................................... 80 5.2 Ovocito II recién ovulado..................................................................................... 81 6. Espermatogénesis..................................................................................................... 82 6.1 Espermiohistogénesis.......................................................................................... 83 7. Hormona................................................................................................................... 84 7.1 Definición............................................................................................................ 85 7.2 Mecanismo de regulación hormonal. Retroalimentación .................................... 86

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8. Aparato reproductor: generalidades........................................................................ 87 8.1 Aparato reproductor masculino........................................................................... 87 8.1.1 Testículos.................................................................................................. 88 8.1.2 Vías espermáticas..................................................................................... 89 8.1.3 Órgano copulador o pene........................................................................ 89 8.1.4 Glándulas anexas...................................................................................... 89 8.1.5 Fisiología del aparato reproductor masculino........................................... 91 8.1.6 Testosterona............................................................................................. 92 8.2 Aparato reproductor femenino............................................................................ 94 8.2.1 Genitales externos.................................................................................... 94 8.2.2 Genitales internos..................................................................................... 95 8.2.3 Fisiología del aparato reproductor femenino............................................ 96 8.2.4 Ciclo sexual femenino............................................................................... 96 8.2.5 Hormonas femeninas................................................................................ 100

9. Desarrollo prenatal y nacimiento............................................................................. 102 9.1 Fecundación......................................................................................................... 103 9.1.1 Fecundación interna................................................................................. 103 9.1.2 Fases de la fecundación............................................................................ 104 9.1.3 Consecuencia de la fecundación............................................................... 106 9.2 Desarrollo embrionario........................................................................................ 107 9.3 Anexos embrionarios........................................................................................... 111 9.4 Desarrollo o crecimiento fetal.............................................................................. 113 9.4.1 Hormonas del embarazo............................................................................. 115

10. Parto ........................................................................................................................ 115 11. Lactancia................................................................................................................... 117 11.1 Comienzo de la lactancia: función de la prolactina.............................................. 117 11.2 Eyección de la leche: función de la hormona oxitocina........................................ 117 11.3 Composición de la leche...................................................................................... 118 12.

Hormonas, crecimiento y desarrollo......................................................................... 119 12.1 Control del crecimiento y desarrollo de los animales........................................... 120 12.2 Control del crecimiento y desarrollo de las plantas.............................................. 121

13. Uso médico de hormonas en el control y promoción de la fertilidad...................... 125 13.1 Métodos de control de la fertilidad..................................................................... 125 13.2 Esterilidad y fertilidad.......................................................................................... 128 13.2.1 Esterilidad................................................................................................. 128 13.2.2 Promoción de la fertilidad......................................................................... 129 13.2.3 Sexualidad humana.................................................................................. 131 13.2.4 Paternidad-maternidad responsable......................................................... 131

Capítulo 3: Nutrición 139 1. Nutrición................................................................................................................... 140 2. Nutrientes................................................................................................................. 142 2.1 Lípidos................................................................................................................. 142 2.2 Hidratos de carbono............................................................................................ 143 2.3 Proteínas.............................................................................................................. 143 2.4 Vitaminas............................................................................................................. 144 2.5 Sales minerales.................................................................................................... 146 2.6 Antioxidantes....................................................................................................... 147 3. 4.

Consumo de energía y actividad física..................................................................... 148 Cálculo de peso ideal................................................................................................ 149

5. Dieta balanceada...................................................................................................... 154 Capítulo 4: Sistema Digestivo

163

1. Introducción.............................................................................................................. 164

Cavidad bucal ........................................................................................................... 166 3.1 Composición y funciones de la saliva................................................................... 167 3.2 Control nervioso.................................................................................................. 167 3.3 Digestión mecánica y química en la boca............................................................ 167

4. Faringe...................................................................................................................... 168

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Histología del tubo digestivo.................................................................................... 165

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Esófago..................................................................................................................... 169

6. Estómago.................................................................................................................. 170 6.1 Histología............................................................................................................ 170 6.2 Jugo gástrico....................................................................................................... 171 6.3 Digestión mecánica y química.............................................................................. 171 6.4 Control de la secreción gástrica........................................................................... 172 6.5 Hormonas digestivas............................................................................................ 173 6.6 Vaciamiento gástrico........................................................................................... 173

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7. Intestino delgado...................................................................................................... 174 7.1 Histología............................................................................................................ 174 7.2 Jugo intestinal..................................................................................................... 175 7.3 Glándulas anexas................................................................................................. 176 7.3.1 Hígado y vesícula biliar............................................................................. 176 7.3.2 Páncreas................................................................................................... 179 7.4 Digestión química (formación del quilo).............................................................. 180 7.5 Digestión mecánica.............................................................................................. 182 7.6. Absorción............................................................................................................ 183

Intestino grueso........................................................................................................ 186 8.1 Histología............................................................................................................ 186 8.2 Digestión mecánica ............................................................................................. 186 8.3 Digestión química................................................................................................ 187 8.4 Absorción en el colon.......................................................................................... 187 8.5 Reflejo de defecación........................................................................................... 187

Rol de la insulina en la regulación de la glicemia..................................................... 187 9.1 Origen y estructura.............................................................................................. 187 9.2 Biosíntesis, secreción y regulación....................................................................... 188 9.3 Regulación de la insulina..................................................................................... 188 9.4 Efecto de la insulina en el músculo...................................................................... 189 9.5 Efectos de la insulina en el hígado....................................................................... 189 9.6 Otros efectos de la insulina.................................................................................. 189

10.

Rol del glucagón en la regulación de la glicemia..................................................... 190 10.1 Síntesis, secreción y regulación............................................................................ 190 10.2 Efectos del glucagón sobre el metabolismo de los hidratos de carbono ............. 190 10.3 Otros efectos del glucagón.................................................................................. 190

11.

Enfermedades del aparato digestivo........................................................................ 190

Capítulo 5: Sistema Circulatorio

199

1. Sangre....................................................................................................................... 201 1.1 Plasma sanguíneo................................................................................................ 201 1.1.1 Proteínas plasmáticas............................................................................... 201 1.2 Elementos figurados............................................................................................ 202 1.3 Hemostasia.......................................................................................................... 206

2. Morfología y función del aparato cardiovascular.................................................... 209 2.1 Corazón............................................................................................................... 209 2.1.1 Anatomía e histología.............................................................................. 209 2.1.2 Recorrido de la sangre a través del corazón.............................................. 211 2.1.3 Actividad eléctrica del corazón................................................................. 212 2.1.4 Automatismo cardíaco............................................................................. 213 2.1.5 Ciclo cardíaco........................................................................................... 213 2.2 Vasos sanguíneos................................................................................................. 217 2.2.1 Arterias..................................................................................................... 217 2.2.2 Venas........................................................................................................ 217 2.2.3 Capilares................................................................................................... 218 3.

Presión sanguínea..................................................................................................... 219

Circuitos cardiovasculares......................................................................................... 220 4.1 Circulación mayor o sistémica.............................................................................. 220 4.2 Circulación menor o pulmonar............................................................................ 220

5. Sistema linfático....................................................................................................... 221 5.1 Funciones............................................................................................................. 221 5.2 Organización....................................................................................................... 221 5.2.1 Órganos linfoides..................................................................................... 222 5.2.2 Linfa......................................................................................................... 224 5.2.3 Vasos linfáticos......................................................................................... 224

Capítulo 6: Sistema Respiratorio

231

1. Intercambio gaseoso en animales............................................................................ 232 1.1 El sistema respiratorio humano........................................................................... 232 1.1.1 Porción conductora.................................................................................. 233 1.1.2 Porción respiratoria.................................................................................. 234 1.2 Fisiología de la respiración................................................................................... 235 1.2.1 Ventilación pulmonar............................................................................... 235 1.2.2 Respiración externa o hematosis.............................................................. 236 1.2.3 Respiración interna................................................................................... 237 1.2.4 Transporte de gases.................................................................................. 238

Intercambio de gases en vegetales........................................................................... 247

Adaptación del organismo al esfuerzo: ejercicio y su relación con el sistema cardiovascular y el sistema respiratorio...................................................... 250

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2. Metabolismo celular................................................................................................. 240 2.1 Fases del metabolismo......................................................................................... 240 2.2 Leyes de termodinámica...................................................................................... 242 2.3 Catabolismo y respiración celular ....................................................................... 243 2.3.1 Ausencia de oxígeno................................................................................. 243 2.3.2 Presencia de oxígeno................................................................................ 244 2.4 Anabolismo celular y fotosíntesis......................................................................... 245

Excretor Capítulo 7: Sistema

257

Órganos y sistemas que cumplen la función excretora............................................ 259

Sistema nefrourinario............................................................................................... 260 2.1 Anatomía del riñón.............................................................................................. 260 2.2 Formación de orina.............................................................................................. 262 2.3 Vías urinarias....................................................................................................... 266

Enfermedades del sistema nefrourinario................................................................. 267

275 Capítulo 8: Biología Humana y Salud: ENFERMEDADES 1. Conceptos básicos.................................................................................................... 276 1.1 Salud................................................................................................................... 276 1.2 Enfermedad......................................................................................................... 276 2.

Clasificación de las enfermedades............................................................................ 277

3. Impacto de la enfermedad en el individuo y su entorno......................................... 279 3.1 Enfermedades asociadas al material genético ..................................................... 279 3.2 Cáncer ................................................................................................................ 280 3.3 Enfermedades nutricionales................................................................................. 283 3.4 Consumo de alcohol y salud................................................................................ 284 3.5 Consumo de tabaco (cigarrillo) y salud ............................................................... 285 3.6 Consumo de drogas, solventes y otras sustancias químicas sobre la salud ......... 286 3.6.1 Prevención................................................................................................ 291 3.7 Sistema cardiovascular y salud............................................................................. 291 3.7.1 Enfermedades cardíacas........................................................................... 292 3.7.2 Enfermedades de los vasos sanguíneos.................................................... 294 3.8 Enfermedades de transmisión sexual .................................................................. 295 4.

Atención integral de la salud.................................................................................... 297

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Capítulo 9: Herencia y Variabilidad

305

Herencia mendeliana................................................................................................ 306 1.1 Los experimentos de Mendel............................................................................... 306 1.2 Genotipo y fenotipo............................................................................................ 310 1.3 Cruce de prueba y retrocruce............................................................................... 310 1.4 Probabilidad y genética....................................................................................... 310

Teoría cromosómica de la herencia........................................................................... 313 2.1 Factores, genes y cromosomas homólogos.......................................................... 313 2.2 Variabilidad génica.............................................................................................. 314 2.3 Determinación cromosómica del sexo.................................................................. 318 2.4 Herencia ligada la sexo........................................................................................ 319

Sexo como expresión de variabilidad fenotípica...................................................... 320 3.1 Variabilidad intraespecie: formas heredables y no heredables............................. 320 3.2 Herencia ligada al sexo en el hombre................................................................... 321 3.3 Herencia influida por el sexo y herencia limitada al sexo..................................... 322

Extensiones de la genética mendeliana.................................................................... 323 4.1 Herencia sin dominancia ..................................................................................... 323 4.2 Alelos múltiples................................................................................................... 324 4.3 Estudios sobre los antígenos Rh........................................................................... 325

Concepto de raza...................................................................................................... 326

Clonación y generación de clones............................................................................ 327 6.1 Clonación de genes.............................................................................................. 327 6.2 Clonación natural................................................................................................ 328 6.3 Clonación artificial en plantas.............................................................................. 329 6.4 Clonación artificial en animales........................................................................... 329

7. Determinación y representación gráfica de los caracteres variables de la población.......................................................................................... 332 8. Genealogías............................................................................................................... 334 8.1 Representación de una genealogía...................................................................... 334 8.2 Herencia autosómica........................................................................................... 335 8.2.1 Herencia dominante autosómica.............................................................. 335 8.2.2 Herencia recesiva autosómica................................................................... 335 8.3 Herencia ligada al sexo........................................................................................ 336 8.3.1 Herencia dominante ligada al sexo........................................................... 336 8.3.2 Herencia recesiva ligada al cromosoma X................................................. 336 9. Mutaciones................................................................................................................ 338 9.1 Mutación puntiforme o génicas........................................................................... 338 9.2 Mutaciones cromosómicas.................................................................................. 339 9.3 Mutaciones genotípicas....................................................................................... 340 9.4 Agentes mutagénicos.......................................................................................... 340 Capítulo 10: Organismo y Ambiente

347

Niveles de organización de los seres vivos............................................................... 349 2.1 Poblaciones.......................................................................................................... 349 2.2 Comunidades....................................................................................................... 349

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Bases físicas de la vida.............................................................................................. 348 1.1 Temperatura......................................................................................................... 348 1.2 Presión atmosférica............................................................................................. 349 1.3 Radiación............................................................................................................. 349

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3. Incorporación de materia y energía a las plantas: fotosíntesis.......................... 349 3.1 Fases de la fotosíntesis...................................................................................351 3.1.1 Fase dependiente de la luz.................................................................351 3.1.2 Fase independiente de la luz...............................................................352 3.2 Factores que afectan la fotosíntesis...............................................................353 4. Ecosistema.......................................................................................................... 356 4.1 Niveles tróficos..............................................................................................357 4.2 Flujo de energía.............................................................................................358 4.3 Transferencia de la energía............................................................................359 4.4 Ciclos biogeoquímicos...................................................................................362 4.4.1 Ciclo del agua.....................................................................................363 4.4.2 Ciclo del nitrógeno.............................................................................363 4.4.3 Ciclo del fósforo.................................................................................365 4.4.4 Ciclo del carbono................................................................................366 5.

Equilibrio ecológico............................................................................................ 366

Influencia del hombre en el ecosistema............................................................. 367 6.1 Recursos naturales ........................................................................................367 6.2 Impacto del ser humano sobre el ecosistema................................................368 6.3 Conservación de recursos..............................................................................371

7. Biodiversidad....................................................................................................... 372 7.1 Biodiversidad en Chile....................................................................................372 7.2 Peligros y amenazas de la biodiversidad........................................................373 7.3 Protección de los ecosistemas naturales........................................................375 7.4 Estrategias de protección de la biodiversidad................................................376

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8. Principios básicos de conservación y manejo sustentable de recursos renovables....................................................................................... 377 8.1 Conservación.................................................................................................377 8.2 Sistema de Evaluación de Impacto Ambiental (SEIA). Partes constituyentes del SEIA.......................................................................381

PRESENTACIÓN Con el propósito de ayudarte en la adecuada preparación de la PSU de Ciencias Básicas – Biología, te invitamos a iniciar un recorrido por las páginas de este libro. En sus capítulos, encontrarás el desarrollo de los contenidos establecidos por el DEMRE – Departamento de Evaluación, Medición y Registro Estudiantil – para el currículo de esta área. Con el fin de complementar tu proceso de aprendizaje, este libro contiene una serie de iconos didácticos que te indicarán distintas estrategias para optimizar tu modelo de lectura y análisis de los temas que se incluyen. Finalmente encontrarás resolución detallada de algunos problemas, actividades adicionales para resolver y ejercitación PSU en cada capítulo. Es importante que recuerdes que la Prueba de Selección Universitaria (PSU) mide, además, la integración de los contenidos dentro de la transversalidad del conocimiento, es decir, evalúa ciertas destrezas cognitivas (habilidades), necesarias para resolver cada problema. Con el propósito de orientarte en los procesos cognitivos que se evalúan, en la página siguiente te presentamos las habilidades consideradas en la PSU, de modo que durante la ejercitación de cada capítulo identifiques qué habilidad se desarrolla y potencies así tu capacidad de resolución.

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Habilidades evaluadas

Reconocimiento: Reconocer información explícita que no implica un mayor manejo de contenidos, solo recordar información específica, definiciones, hechos.

Comprensión: Además del conocimiento explícito de la información, esta debe ser relacionada para manejar el contenido evaluado, interpretando información en un contexto distinto al que se aprendió.

Aplicación: Es el desarrollo práctico tangible de la información que permite aplicar los contenidos asimilados a la resolución de problemas. En ciencias permite llevar el conocimiento científico a la vida diaria.

ASE (Análisis, Síntesis y Evaluación): Es la más compleja de las habilidades evaluadas. Implica reconocer, comprender, interpretar e inferir información a partir de datos que no necesariamente son de conocimiento directo, y que exige reconocer las partes que forman un todo y las relaciones de causalidad entre ellas.

Íconos didácticos Conceptos fundamentales

Indica aquellos conceptos importantes referidos al capítulo, que no debes olvidar ni confundir.

Actividades

Indica recursos didácticos que con una estructura distinta a un ejercicio PSU te ayudarán a aplicar los conceptos.

Sabías que...

Indica relaciones importantes respecto a la aplicación real de contenidos, con la finalidad de que los asocies de manera didáctica.

Ojo con

Indica datos relevantes que debes manejar respecto a un contenido.

Ejercicios PSU

Indica, aquellos ejercicios que reproducen la misma estructura de una pregunta PSU. Encontrarás la habilidad evaluada en cada ejercicio.

Síntesis de contenidos

Indica el desarrollo de un esquema de contenido a través del cual se sintetizan los contenidos más relevantes de uno o más temas y/o de un capítulo.

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Capítulo 1

organización, estructura y actividad celular Aprendizajes Esperados

Identificar las características y funciones de los componentes de la materia. Reconocer la relación entre las propiedades de cada componente de la materia y las propiedades emergentes que nacen de cada nivel de asociación. Reconocer la relación entre la composición y estructura molecular del agua, y sus propiedades y funciones. Identificar las características y funciones de las sales minerales. Reconocer la importancia del carbono como componente fundamental de las biomoléculas. Identificar las estructuras de las células procariontes y eucariontes. Conocer el metabolismo celular. Describir los procesos de respiración celular y fotosíntesis.

Las características de los seres vivos no emergen gradualmente, sino que aparecen súbita y específicamente en forma de una célula viva, algo que es más que sus átomos y moléculas constituyentes, y es diferente.

capítulo

Organización, estructura y actividad celular

1. La vida y sus propiedades La biología es una ciencia que se ha propuesto una meta bastante ambiciosa: comprender qué es la vida y cuáles son las leyes que la rigen. Por esto estudia la morfología, la fisiología, la genética, la taxonomía, la paleontología, la anatomía, la citología, la histología, la botánica y la zoología de cada ser vivo. Con este fin, se une con otras ciencias como la bioquímica, que estudia las transformaciones y aprovechamiento de las materias orgánicas e inorgánicas, y la biofísica, que aplica los métodos y principios fundamentales de la física al análisis de la estructura y funciones de los seres vivos. Estas asociaciones entre las diferentes ciencias se deben a uno de los principios fundamentales de la biología: los seres vivos obedecen a las leyes de la física y la química. La organización biológica es jerárquica. Los organismos y el medio en que se desenvuelven están formados por los mismos componentes químicos, átomos y moléculas que la materia inanimada. Sin embargo, los organismos no son solo el conjunto de átomos y moléculas que los forman. La materia viva y la materia inanimada presentan diferencias reconocibles en los niveles de organización de la materia, desde los niveles inferiores más sencillos hasta los niveles superiores más complejos. Característicamente, cada nivel de organización superior envuelve cada uno de los niveles de organización inferior. No obstante, cada nivel presenta algo más que las propiedades de cada una de sus partes: posee propiedades emergentes que se forman en ese nivel y que no existen en el anterior por las interacciones entre sus partes. Por ejemplo, un organismo vivo está constituido a partir de la interacción de carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno; pero tiene propiedades diferentes a las de sus átomos constitutivos. Es decir, si dentro de un recipiente colocamos las proporciones de carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno que tiene un ser humano y le damos una temperatura adecuada, no conseguiremos formar las interrelaciones que estructuran la materia viva y, por tanto, a un humano como nosotros. Solo tendremos carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno mezclados en un recipiente, cada uno dueño solo de las propiedades emergentes que le corresponden a su nivel de organización.

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De todas las propiedades emergentes de la materia, la vida, que surge en el nivel de organización llamado célula, es sin duda la más importante y la causal de que hoy estemos aquí. Ella se produce a partir de la interacción entre los componentes de cada uno de los niveles de organización, es decir, desde el nivel atómico hasta el de la biosfera. Estas interacciones permanentes, que a lo largo del tiempo han dado lugar al cambio evolutivo, en una primera instancia determinaron lo que a continuación estudiaremos: la organización de la materia viva.

• Átomo: Es la partícula más pequeña de un elemento, una sustancia que no puede ser desintegrada en otra sustancia por medios químicos ordinarios. Los átomos están constituidos por partículas subatómicas (protones, neutrones y electrones). • Moléculas: Son los componentes fundamentales de las células. Existen moléculas orgánicas e inorgánicas. En los seres vivos se encuentra una gran variedad de moléculas de estructura y función diversas. • Macromoléculas: Son asociaciones de moléculas, lo que las hace más complejas. Cumplen funciones esenciales en la célula. Algunas son componentes estructurales, otras cumplen funciones reguladoras y otras actúan como directoras de toda la actividad celular. Entre las macromoléculas biológicas destacan las proteínas, lípidos, ácidos nucléicos y carbohidratos.

Capítulo 1

Organización, estructura y actividad celular

• Célula: Es la unidad estructural y funcional de los seres vivos, así como la primera unidad operacional de la materia viva. Las propiedades características de los sistemas vivos emergen súbita y específicamente en forma de una célula viva, algo que es más que sus átomos y moléculas constituyentes y que es diferente de ellos. De manera general podemos clasificarlas en células procariontes y eucariontes.

Átomos

Hidrógeno

Oxígeno

• Tejidos: Es una asociación de células que presentan una morfología similar con funciones específicas que se encuentran unidas estructuralmente y funcionan de manera coordinada. • Órganos y sistemas de órganos: Los órganos son una asociación de tejidos especializados, que permiten realizar diversas funciones en forma integrada y que contribuyen al funcionamiento del organismo completo. Los sistemas de órganos, en conjunto, forman un organismo, que interactúa con el ambiente externo. Sin embargo, no todos los organismos multicelulares alcanzan el nivel de organización de sistemas de órganos. • Individuos y poblaciones: Los individuos multicelulares pueden alcanzar el nivel de organización de tejidos, de órganos o de sistemas de órganos. Además es la segunda unidad operacional de la materia viva. En cada caso están formados por grupos de estructuras que trabajan en forma coordinada. Las poblaciones son grupos de individuos de la misma especie cuya descendencia es fértil y que conviven en el espacio y en el tiempo. • Especie: Conjunto de poblaciones naturales cuyos individuos pueden cruzarse entre sí y pueden generar descendencia fértil, y que están reproductivamente aisladas de todas las demás poblaciones. • Comunidad: Está constituida por los componentes bióticos de un ecosistema. En términos ecológicos, las comunidades incluyen a todas las poblaciones que habitan un ambiente común y que interactúan entre sí. • Ecosistema: Está formado por componentes bióticos y abióticos que interactúan entre sí. Es la tercera unidad operacional de la materia viva. A través de esos componentes, fluye la energía proveniente del Sol y circula la materia. Dentro de un ecosistema hay niveles tróficos.

• Metabolismo: Los seres vivos necesitan un aporte constante de energía, la cual es brindada por el metabolismo que es la suma de todas las transformaciones físicas y químicas que ocurren dentro de una célula o un organismo.

Macromolécula Mitocondria

Organelo

Célula

Células

Tejido

Entre los niveles de ecosistema y biosfera, se encuentra Bioma. Bioma: Área geográfica de gran tamaño, que posee flora y fauna característicos, capaces de adaptarse a ese tipo de entorno. Con clima y distribución geográfica que los diferencian.

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Además de organización, los organismos vivos presentan otras características que le son propias:

Agua

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• Biosfera: Es la parte de la Tierra en la que existe vida. Es solo una delgada película de la superficie de nuestro planeta.

Molécula

capítulo

Las reacciones metabólicas se pueden dividir en dos grandes categorías: - Anabolismo: Dentro de una célula o de un organismo, es la suma de todas las reacciones químicas en las cuales se sintetizan moléculas complejas a partir de moléculas simples, como la fotosíntesis. Estas reacciones son del tipo endergónicas, o sea, que necesitan de energía para que puedan ocurrir. - Catabolismo: Dentro de una célula o de un organismo, es la suma de todas las reacciones químicas en las cuales las moléculas grandes se desintegran en partes más pequeñas, como la respiración celular. Estas reacciones liberan energía, por lo que también son reacciones exergónicas.

• Irritabilidad: Es la capacidad de los organismos de responder frente a un estímulo, externo o interno. Algunas de estas respuestas pueden ser: - Tactismo: Son respuestas propias de animales frente a estímulos del medio ambiente. Estas respuestas pueden ser de aproximación al estímulo, llamadas tactismo positivo, o de alejamiento del estímulo, llamadas tactismo negativo. El nombre del tipo de tactismo deriva del estímulo que lo provoca, por ejemplo, fototactismo es la respuesta provocada por un estímulo luminoso. - Tropismo: Son respuestas propias de los vegetales frente a estímulos del medio ambiente, las cuales pueden ser de aproximación al estímulo, llamadas tropismo positivo, o de alejamiento del estímulo, llamadas tropismo negativo. El nombre del tipo de tropismo deriva del estímulo que lo provoca; por ejemplo, fototropismo es la respuesta provocada por un estímulo luminoso. • Reproducción: Producción de seres iguales o semejantes a los organismos que les dieron origen, lo que asegura la mantención de la especie. • Adaptación: Estado de encontrarse ajustado al ambiente como resultado de la selección natural u otro proceso evolutivo. La adaptación puede ser fisiológica. Este proceso puede ocurrir ya sea en el curso de la vida de un organismo individual, (tal como la producción de más glóbulos rojos en respuesta a la exposición a grandes altitudes) o de en una población, durante el curso de muchas generaciones.

Actividades 1. Explica brevemente qué son las propiedades emergentes de la materia viva.

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2. Términos pareados.

a. Macromoléculas b. Metabolismo c. Célula d. Ecosistema e. Irritabilidad f. Átomo g. Biosfera

Anabolismo y catabolismo Primera unidad operacional Respuesta frente a estímulos Partícula más pequeña e indivisible Asociación de moléculas Tercera unidad operacional Es la parte de la Tierra en la que existe vida

3. Investiga: • ¿Qué es taxonomía? • ¿En qué consiste la clasificación en reinos de los organismos vivos? • ¿Cuántos reinos hay? Menciona las características de cada reino.

Capítulo 1

Organización, estructura y actividad celular

2. Composición de la materia viva La estructura de la célula, visible con el microscopio óptico y electrónico, es consecuencia de las moléculas organizadas en un orden muy preciso. La biología de la célula es inseparable de las moléculas, porque de la misma manera que las células son los bloques con que se edifican los tejidos y los organismos, las moléculas son los bloques de edificación de las células. Las principales macromoléculas de la célula, tales como hidratos de carbono, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos , son sintetizadas a partir de pequeñas moléculas. Sus estructuras, complejas y exactamente definidas, les confieren unas propiedades características que les permiten desempeñar todas las funciones más importantes de la célula. Las macromoléculas son responsables del ensamblaje de los componentes celulares, de la catálisis, de las transformaciones químicas, de la producción del movimiento y, sobre todo, de la herencia. A continuación, revisarás los principales aspectos relacionados con las biomoléculas que forman a los seres vivos.

2.1 Átomos y moléculas Toda la materia está constituida por átomos. Existen un poco más de 100 tipos diferentes, que son denominados elementos químicos. Cada átomo está formado por un núcleo compacto y pequeño, formado por los protones (que poseen carga positiva) y los neutrones (que no poseen carga). Alrededor del núcleo gira una nube de partículas de ínfima masa, llamadas electrones. Los átomos son neutros porque el Nivel exterior (tercero) número de electrones es igual al de protones. de energía con un electrón

Los electrones se disponen en distintas capas alrededor del núcleo. Cuando un electrón absorbe energía pasa a capas más alejadas del núcleo y, por tanto, queda excitado (fenómeno que es importante en la fotosíntesis). Al regresar a su nivel de energía original, libera energía. El comportamiento químico de un átomo está determinado por el número y distribución de sus electrones. Un átomo es más estable cuando todos sus electrones están en sus niveles de energía más bajos posibles y esos niveles de energía están completos. Las reacciones químicas entre los átomos resultan de su tendencia a alcanzar la distribución electrónica más estable posible. Las partículas formadas por dos o más átomos se conocen como moléculas y se mantienen juntas por enlaces químicos.

e e e

11 p+ 12 n0

e e

Átomo de sodio (Na) (11p+, 11 e =carga 0)

2.1.1 Enlaces químicos

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• Enlace covalente: Se forma cuando dos átomos comparten uno o más pares de electrones. Este tipo de enlace es importante en los seres vivos porque da estabilidad a las moléculas biológicas. Cuando comparten un par de electrones se denomina enlace simple; si comparten dos, enlace doble, y si se comparten tres, enlace triple. Cuando los enlaces covalentes se forman entre átomos distintos, los electrones se comparten en forma desigual, provocando diferencias de cargas en la molécula.

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• Enlace iónico: Se forman por la atracción mutua de partículas de carga eléctrica opuestas. Dichas partículas se forman cuando un electrón salta de un átomo a otro, de manera que los átomos quedan cargados, denominándose iones. Los iones de carga positiva se conocen como cationes y los de carga negativa como aniones.

• Enlaces químicos débiles: Las moléculas orgánicas pueden interactuar con otras moléculas a través de fuerzas no covalentes de alcance reducido. Típicamente, los enlaces químicos débiles tienen una fuerza 20 veces inferior a la de un enlace covalente. Sólo son suficientemente fuertes para fijar dos moléculas cuando se forma de manera simultánea un número elevado de ellos.

capítulo

Átomos de hidrógeno (2H) e

1 p+

Molécula de hidrógeno (H2) H-H

- Enlaces de hidrógeno (puentes de hidrógeno): Un átomo de hidrógeno es compartido por dos átomos, ambos electronegativos, como el O2 y el N2. Los enlaces de hidrógeno son más fuertes cuando los átomos se encuentran en línea recta. Este tipo de enlace se encuentra en diversas moléculas, como, por ejemplo, el agua.

e 1 p+

1 p+

- Interacciones hidrofóbicas: Dan lugar a la asociación de grupos no polares entre sí, excluyendo el contacto con el agua. Esta situación se encuentra en las proteínas globulares, donde las cadenas laterales repelen las moléculas de agua que rodean la proteína y determinan que la estructura globular se vuelva más compacta. - Fuerzas de Van der Waals: Se presenta cuando los átomos que componen una molécula se encuentran muy cerca. Esta proximidad induce fluctuaciones en sus cargas, que dan lugar a las mutuas atracciones entre los átomos. Aunque individualmente son muy débiles, pueden resultar importantes cuando dos superficies moleculares se adaptan estrechamente una con otra.

2.1.2 Reacciones químicas Son intercambios de electrones entre átomos o moléculas para formar nuevos productos. Dos ejemplos importantes desde el punto de vista biológico son: • Oxidaciones y reducciones: Un átomo o molécula se oxida al perder electrones y se reduce al ganar electrones. Para que un átomo o molécula se oxide, otra debe quitarle los electrones, es decir, debe reducirse. Por ejemplo: oxidación Fe2+

Fe3+

electrón

reducción

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En biología las reacciones de óxido-reducción son importantes en el metabolismo celular, porque liberan la energía necesaria para formar ATP (molécula que utilizan las células para los procesos energéticos).

• Hidrólisis y condensación: La hidrólisis es la ruptura de un enlace covalente por acción de una molécula de agua donde se incorporan sus partes (iones H+ y OH-). La condensación es la reacción contraria, en la cual se forma un compuesto más complejo con liberación de una molécula de agua. O

O OH + HO

glucosa

O sacarosa

fructosa

+ H20

Capítulo 1

Organización, estructura y actividad celular

Las hidrólisis son importantes en los seres vivos porque son la forma en que las enzimas digestivas y lisosomales actúan al degradar una sustancia. Las condensaciones están representadas en muchas reacciones de biosíntesis, como la formación de carbohidratos, proteínas y ácidos nucleicos.

2.2 Biomoléculas El análisis de la composición de los seres vivos nos muestra que los compuestos químicos que los constituyen son los mismos que componen el resto de la materia de nuestro planeta y de todo el universo. Sin embargo, la proporción en la que se encuentran los diferentes elementos (átomos) es distinta en los seres vivos que en los no vivos. Los átomos que componen a los seres vivos se caracterizan por establecer entre ellos complejas y múltiples combinaciones, que dan origen a las biomoléculas. Las biomoléculas se clasifican en inorgánicas (agua y sales minerales) y orgánicas (hidratos de carbono, lípidos, proteínas, ácidos nucleicos, vitaminas, etc.).

2.2.1 Biomoléculas inorgánicas a. El agua y sus propiedades

El agua constituye entre el 50% y el 90% de la masa de los seres vivos y ocupa el 75% de la superficie del globo terrestre. La molécula de agua está formada por un átomo de oxígeno, unido covalentemente a dos átomos de hidrógeno. La zona de los hidrógenos es levemente positiva y la del oxígeno es levemente negativa. Esta situación determina que el agua sea bipolar, lo que permite explicar muchas de sus propiedades. Agua (H20)

Oxígeno e

e 8 p+ 8 n0

e e

1 p+

H Hidrógeno

1 p+

H Hidrógeno

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Esto produce un reparto desigual de las cargas, por lo que la molécula de agua se comporta como un dipolo eléctrico, en el cual el polo negativo corresponde al oxígeno y el positivo, a los hidrógenos.

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Polaridad de las moléculas de agua: El oxígeno es más electronegativo que el hidrógeno, es decir, su núcleo atrae con más fuerza a los electrones.

capítulo

La composición y estructura de las moléculas de agua se manifiesta en las siguientes propiedades:

Sabías que... • Cohesión: Es la atracción existente entre las moléculas de agua y da por resultado la formación de puentes de hidrógeno. • Adhesión: Es la atracción y unión de las moléculas de agua con otras moléculas polares diferentes. • Capilaridad: Es la capacidad que presenta el agua para ascender por el interior de un conducto estrecho o penetrar a través de diferentes estructuras tales como el suelo, el papel, entre otros. • Calor específico: Es la cantidad de calor necesario para aumentar en un °C la temperatura de un gramo o kilogramo de una sustancia.

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• Soluciones ácidas: Una solución es ácida cuando la concentración de H+ es superior a la de OH- y, por tanto, el valor del pH es inferior a 7. El aumento de la concentración de iones de H+ se debe a la disociación de una sustancia ácida (sustancia donadora de protones), como el ácido clorhídrico.

• Soluciones básicas: Una solución es básica o alcalina cuando la concentración de OH- es superior a la de H+ y, por tanto, el valor del pH es superior a 7. El aumento de la concentración de iones de OH- se debe a la disociación de una sustancia básica (sustancia aceptora de protones), como NaOH .

• Alta tensión superficial: Se presenta debido a la gran cohesión que existe entre las moléculas de agua en una superficie. Se nota al observar la superficie de contacto del agua con otro medio, como, por ejemplo, el aire. La superficie del agua se encuentra más tensionada (cohesionada) debido a que presenta una cantidad levemente mayor de puentes de hidrógeno, lo que explica que sea la primera zona en congelarse al colocar un vaso con agua al refrigerador. En esta situación, las moléculas de agua se cohesionan fuertemente y la superficie del líquido se comporta como una superficie elástica, capaz de sostener el peso de pequeñas partículas. • Alto calor específico: Es la cantidad de energía necesaria para elevar la temperatura del agua. Esto ocurre debido a que los numerosos puentes de hidrógeno que se establecen entre sus moléculas limitan el movimiento de estas y retardan el incremento de la agitación térmica.

De esta manera, cuando el agua se calienta, la temperatura asciende lentamente, debido a que no todo el calor se utiliza para aumentar el movimiento de las moléculas.

Una parte se invierte para romper los puentes de hidrógeno. De este modo, los seres vivos mantienen su temperatura relativamente constante.

El descenso de la temperatura del agua también se produce lentamente, ya que corresponde a una pérdida de calor importante, la misma que se utilizó para producir su incremento.

• Alto calor de vaporización: Cantidad de calor requerido para que un líquido pase a un estado gaseoso, gracias al cual los seres vivos pueden disipar grandes cantidades de calor mediante la evaporación de pequeñas cantidades de agua. Esta propiedad, en conjunto con la anterior, convierten el agua en un eficiente regulador de la temperatura interna. • Solvente universal: Debido a que el agua es una molécula polar, es capaz de separar un gran número de moléculas cargadas, haciendo que se disuelvan en ella. Na+ CI

Sal

+ +

- + + -

Agua

Capítulo 1

Organización, estructura y actividad celular

• Tendencia a ionizarse: El agua tiene una leve tendencia a ionizarse, es decir, uno de los átomos de hidrógeno se separa de su molécula para combinarse con otra molécula de agua. De esta manera se obtiene el anión OH- denominado hidroxilo, y el catión H3O+ denominado hidronio que se representa como H+ (protón). Como sus concentraciones en el agua pura son iguales, se dice que el agua es neutra (ni ácida ni básica). Agua 2(H20)

Ion hidroxilo (0H)-

Ion hidronio (H30)+

Sabías que... Ácidos y bases Los ácidos son sustancias que en solución liberan protones (H+), mientras las bases los aceptan. Para cuantificar la acidez se usa una escala denominada pH, que es una medida de la concentración de protones en solución. Las soluciones con pH inferior a 7,0 son ácidas. Las que tienen pH superior a 7,0 son básicas. El agua tiene pH 7,0. El pH puede ser diferente entre un ser vivo y otro e, incluso, entre distintas regiones del cuerpo del mismo individuo. Como sea el caso, lo que siempre resulta fundamental es mantener el pH dentro de márgenes de normalidad, que es generalmente entre 6 y 8. En los organismos existen tampones o buffers o sustancias amortiguadoras del pH que se encargan de mantenerlo. Un ejemplo importante de estas sustancias son el bicarbonato y el ácido carbónico. Según la siguiente reacción: HCO3- + H+

H2 CO3

Cuando aumenta la acidez, el bicarbonato (HCO3-) capta H+. Si la acidez es baja, el ácido carbónico (H2CO3) libera protones.

b. Sales minerales A pesar de constituir una pequeña fracción de la masa de los seres vivos, cumplen funciones fundamentales. Por ejemplo:

Sodio (Na+ ) y Potasio (K+)

Participan en la conducción del impulso nervioso. Además el sodio tiene un gran potencial osmótico, es decir, capacidad para arrastrar agua. El K+ es importante en la mantención del volumen de agua intracelular.

Calcio (Ca2+)

Forma parte de la estructura de huesos y dientes. Además participa en la contracción muscular, en la coagulación sanguínea, en la sinapsis.

Hierro (Fe2+, 3+)

Es constituyente de la hemoglobina, por lo tanto, fundamental en el transporte de oxígeno.

Magnesio (Mg2+)

Forma parte de la clorofila e interviene en la fase clara de la fotosíntesis.

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Función

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Tipo

2.2.2 Biomoléculas orgánicas

capítulo

Las biomoléculas orgánicas se caracterizan por poseer un esqueleto molecular de átomos de carbono unidos a átomos de hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y otros elementos. a. Glúcidos, carbohidratos o hidratos de carbono

Glucosa

Corresponden a moléculas formadas principalmente por átomos de carbono, hidrógeno y oxígeno. Se clasifican según el número de azúcares (monómeros) que contienen. De acuerdo con esto, tenemos: monosacáridos, disacáridos y polisacáridos.

H 1

Clasificación

C3 H6O3

Triosa

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H 5 C

C4H8O4

C5H10O5

Pentosa

C6H12O6

Hexosa

C7H14O7

Heptosa

CH2OH

Tetrosa

C H2OH

HO 3

H OH

Por ejemplo, si n = 5 la fórmula sería C5H10O5 y corresponde a un monosacárido de 5 átomos de carbono, denominado Pentosa. Por ejemplo, ribosa y desoxirribosa (presentes en los ácidos nucleicos). La glucosa, fructosa y galactosa son hexosas, debido a que poseen 6 átomos de carbono.

Los monosacáridos formados por cadenas de 5 o más átomos de carbono suelen presentar estructuras cíclicas cuando se hallan en solución.

La función más importante de los monosacáridos es energética. Son las sustancias que las células oxidan para obtener energía, como la glucosa. Al unirse varios monosacáridos forman moléculas más grandes: disacáridos, oligosacáridos y polisacáridos.

Triosas (3 carbonos)

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Número de átomos de carbono

Los monosacáridos los podemos clasificar según el número de átomos de carbono que presentan, de esta manera nos queda: Fórmula monosacárido

H 2 C

• Monosacáridos: Son azúcares simples cuya fórmula general es (CH2O)n donde n representa el número de átomos de carbono que posee la molécula. Su valor varía desde 3 hasta 7, tienen color blanco y son solubles en agua.

H C O H C OH H C OH H

Gliceraldehído (C3H6O3)

Pentosas (5 carbonos)

H C O H C OH H C OH H C OH H C OH H Ribosa (C5H10O5)

Hexosas (6 carbonos)

H HO H H H

H C C C C C C H

O OH H OH OH OH

Glucosa (C6H12O6)

Capítulo 1

Organización, estructura y actividad celular

• Disacáridos: Están constituidos por dos monosacáridos unidos a través de un enlace covalente, denominado enlace glucosídico. Este se forma a través del proceso de condensación. Los disacáridos más importantes son: - Sacarosa: Formada de glucosa y fructosa. Es el azúcar de caña o común. - Maltosa: Formada por la unión de dos glucosas. También se conoce como azúcar de malta.

Los azúcares glucosa, fructosa y galactosa son isómeros, es decir, tienen la misma fórmula química; pero sus átomos se ordenan de forma diferente, debido a lo cual presentan propiedades diferentes.

- Lactosa: Formada por glucosa y galactosa. Es el azúcar de la leche.

Los disacáridos tienen función energética, debido a que como producto de su hidrólisis se obtienen monosacáridos que pueden utilizarse para obtener energía. Además son una importante forma de transporte de azúcares.

• Oligosacáridos: Al parecer, la mayoría de los oligosacáridos de tres o más monosacáridos intervienen en los procesos de reconocimiento celular, puesto que se encuentran ubicados en la membrana plasmática en forma de glucolípidos y glucoproteínas. • Polisacáridos simples: Están constituidos por muchas unidades de monosacáridos simples. No presentan sabor dulce, son insolubles en agua y no forman cristales.

Existen tres polisacáridos de importancia biológica, constituidos por largas cadenas de glucosa: Glucógeno, Almidón y Celulosa. - Glucógeno: Es un polímero de glucosas muy ramificado y constituye el polisacárido de reserva energética en animales. Se almacena principalmente en el hígado y en los músculos estriados. - Almidón: Es una mezcla de dos polisacáridos: uno lineal (amilosa) y uno ramificado (amilopectina). Es la molécula de reserva energética vegetal. Es muy abundante en las semillas y los tubérculos, como la papa.

- Quitina: Polisacárido compuesto de glucosas modificadas, el cual está presente en el exoesqueleto de artrópodos y en la pared celular de los hongos.

•Grupo hidroxilo (OH): Se caracteriza por ser muy polar y está presente en los alcoholes principalmente. •Grupo carboxilo (COOH): Se caracteriza por estar presente en los ácidos y es un grupo ácido. •Grupo amino (NH2): Es un grupo básico.

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Los grupos funcionales son sectores de las moléculas que les otorgan ciertas propiedades iónicas y/o polares. Las moléculas reciben diferentes nombres según el grupo funcional que poseen:

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- Celulosa: Es un polímero lineal, presente en la pared de las células vegetales. Su función es estructural. La celulosa posee enlaces glucosídicos tipo beta. Como no tenemos enzimas que los puedan romper, no podemos utilizar su glucosa en nuestras reacciones metabólicas.

Sabías que...

capítulo

Ácidos grasos Saturados

HO C=O

b. Lípidos o grasas

Grupo heterogéneo de moléculas que comparten la característica de ser hidrofóbicas (es decir, no se disuelven en agua en forma parcial o total). Sin embargo, son capaces de disolverse en solventes orgánicos apolares, como éter, benceno y cloroformo.

Al igual que los carbohidratos, están formados por C, H y O, pero con una menor proporción de oxígeno. En ocasiones contienen otros elementos, como fósforo y nitrógeno.

La gran variedad estructural de los lípidos nos da como resultado una gran diversidad de funciones:

• Lípidos de reserva energética - Ácidos grasos: Están formados por una cadena hidrocarbonada, con un grupo carboxilo en uno de sus extremos (COOH). En general, la cadena es lineal y presenta un número par de electrones. Ácidos grasos Insaturados

HO C=O

En ocasiones, presenta ramificaciones. Existen alrededor de 30 tipos distintos de ácidos grasos, los cuales se pueden clasificar en ácidos grasos saturados y ácidos grasos insaturados. * Ácidos grasos saturados: Son moléculas lineales, que presentan enlaces simples en su molécula, lo que significa que las posibilidades de enlace están completas para todos los átomos de carbono de la cadena. Además se caracterizan por ser sólidos a temperatura ambiente. Ejemplo de grasas formadas por ácidos grasos saturados son la manteca de cerdo y el tocino.

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* Ácidos grasos insaturados: Son aquellos que presentan enlaces dobles, es decir, sus átomos de carbono tienen el potencial para formar enlaces adicionales con otros átomos. Justo en el lugar donde tienen un doble enlace, presentan un punto bisagra, es decir, justo en ese lugar la molécula esta doblada. Además se caracterizan por formar agrupaciones menos compactas, ya que los pliegues de sus cadenas impiden la proximidad entre las moléculas. El enlace doble de los insaturados los hace líquidos a temperaturas ambiente. Por ejemplo, el aceite de oliva y el aceite de maíz.

Sabías que... La Esterificación es una reacción mediante la cual se une el carbono de un grupo carboxilo con el carbono de un grupo carboxilo de otra molécula.

Existen algunos ácidos grasos indispensables para nuestros procesos vitales y, por ello, se denominan ácidos grasos esenciales, como por ejemplo el ácido linoleico y el ácido araquidónico. La función de los ácidos grasos anteriores, es obtener energía a partir de la oxidación de estos.

Capítulo 1

Organización, estructura y actividad celular

- Grasas neutras: Son moléculas formadas por un glicerol (alcohol) y uno, dos o tres ácidos grasos, unidos mediante enlaces éster. Según esto, se denominan monoglicéridos, diglicéridos y triglicéridos, respectivamente , según la cantidad de ácidos grasos que se encuentran unidos a una molécula de glicerol (alcohol de 3 carbonos). La función de las grasas neutras es constituir reservas energéticas en animales (grasas) y vegetales (aceites). Liberan casi el doble de energía por gramo, comparado con un carbohidrato. Son aislantes térmicos.

• Lípidos estructurales - Ceras: Son lípidos formados por ácidos grasos de alto número de átomos de carbono, aproximadamente 40. Son insolubles en agua. Las ceras son protectoras como lubricantes o impermeabilizantes. Se encuentran en piel, plumas, pelo, exoesqueleto de insectos, etc. Estructural, como es el caso de la cera de abeja permite la fabricación de las celdas que dan forma al panal. - Fosfolípidos (fosfoglicéridos): Son lípidos formados por una molécula de glicerol, dos ácidos grasos y una molécula de ácido fosfórico a la que se une un grupo sustituyente polar, como un alcohol. De esta manera, los fosfolípidos son considerados moléculas anfipáticas (hace alusión a que los fosfolípidos tienen un doble comportamiento frente al agua, hidrofílico e hidrofóbico al mismo tiempo). La región polar de un fosfolípido corresponde al ácido fosfórico y al grupo sustituyente, mientras que la parte apolar corresponde a las cadenas de ácidos grasos. Cuando se mezclan con el agua, estas sustancias se agrupan formando pequeñas estructuras esféricas denominadas micelas. El comportamiento anfipático de los fosfolípidos les permite formar membranas biológicas. En estas, las colas hidrofóbicas quedan orientadas hacia el interior y las cabezas hidrofílicas se orientan hacia el medio. - Esteroides: Tienen una estructura diferente a la de los otros lípidos. Están formados por cuatro anillos de átomos de carbono unidos entre sí y una cadena lateral hidrocarbonada unida a uno de los anillos (son derivados del ciclopentano-perhidrofenantreno). Dentro de este grupo de esteroides encontramos las sales biliares, el colesterol, las hormonas sexuales, las hormonas de la corteza suprarrenal y la vitamina D.

Esteroides O HO

Colesterol

Corticosterona

Testosterona O

Progesterona

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CH2OH

Cortisol

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O HO

CH2OH OH

27 Estrógeno

capítulo

Sabías que... • Una molécula anfipática es aquella que presenta una región hidrofóbica (o apolar) y la otra hidrofílica (o polar) en su estructura.

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• El colesterol se sintetiza principalmente en el hígado y se transporta por el plasma sanguíneo a través de proteínas específicas, formando complejos denominados lipoproteínas. Para esto existen dos tipos denominados lipoproteínas de baja densidad (lowdensity lipoproteins, LDL) y lipoproteínas de alta densidad (high-density lipoproteins, HDL). El colesterol que tiene efectos perjudiciales para la salud es el que forma parte de las LDL, ya que estas lipoproteínas penetran fácilmente en la pared de las arterias liberando colesterol. En cambio, el colesterol de las HDL no resulta perjudicial, porque se transporta hasta el hígado, donde es metabolizado y eliminado. La aterosclerosis es un transtorno que consiste en la acumulación de lípidos, principalmente colesterol, en las paredes de las arterias.

• Durante la hidrólisis alcalina de un triglicérido en presencia de bases como KOH y el NaOH, los ácidos grasos liberados se unen a iones de K+ o Na+ y dan lugar a sales denominadas jabones. Esta reacción de hidrólisis recibe el nombre de saponificación.

El colesterol es el más abundante de los esteroides, siendo muy importante en los animales debido a su función estructural. Se encuentra en las membranas celulares. Además, es el precursor de diferentes hormonas sexuales, por ejemplo estrógenos y hormonas suprarrenales (cortisol) y Vitamina D. Fosfolípido OH Colesterol Cabeza Polar (grupo fosfato)

CH3 CH3

Colas Apolares (ácidos grasos)

CH3 CH CH2 CH2 CH2 CH CH3 CH3

- Terpenos: Derivan del isopreno y se pueden encontrar en vegetales, como el Fitol (integrante de la clorofila) o de aceites esenciales como el mentol, entre otros. Además son precursores de diversas moléculas como las vitaminas A, E y K y pigmentos vegetales como los carotenos y las xantófilas. c. Proteínas Las proteínas revisten importancia central en la química de la vida. Constituyen más del 50% del peso seco de la célula. Desde el punto de vista funcional, las proteínas tienen roles cruciales en prácticamente todos los procesos biológicos. Algunas funciones en las que participan son: • Transporte: Como es el caso de la hemoglobina que transporta O2 y la bomba Na+ y K+ que transporta iones. • Movimiento: La interacción de proteínas como la actina y la miosina, que son parte del citoesqueleto, produce movimiento y contracción muscular. • Estructural: Como las proteínas colágeno y elastina que dan soporte mecánico a las células que forman los tejidos. • Inmunológica: Los anticuerpos o inmunoglobulinas son proteínas específicas producidas por los linfocitos B y que reconocen partículas extrañas, como virus y bacterias. • Generación y transmisión de señales: La irritabilidad de células musculares y nerviosas depende de proteínas. También hay señales como las hormonas proteicas que modifican la actividad de un órgano.

Capítulo 1

Organización, estructura y actividad celular

Acerca de las proteínas: • Aminoácidos: Las unidades básicas que constituyen las proteínas son los aminoácidos. Cada aminoácido está formado de un grupo amino (NH2) que es básico y un grupo carboxilo (COOH) de naturaleza ácida. Ambos grupos se unen a un átomo de C central, al cual también se une un grupo radical (R) o cadena lateral. También el carbono central se une a un hidrógeno, para completar sus 4 enlaces covalentes.

grupo amino

H H

C O- grupo ácido

R Radical o cadena lateral

En la naturaleza existe un gran número de aminoácidos. Pero solo veinte forman parte de las proteínas. Estos son diferentes entre sí a nivel de la cadena lateral o grupo R.

Existen un grupo de aminoácidos llamados no escenciales, se denominan así porque nuestro organismo es capaz de sintetizarlos (fabricarlos). Salvo bacterias y vegetales, el resto de los organismos no son capaces de sintetizar todos los aminoácidos, los cuales se denominan aminoácidos esenciales (corresponden a 10).

En solución acuosa los aminoácidos suelen ionizarse dando lugar a un ion dipolar, o sea, a un ion con una zona cargada en forma negativa y otra cargada en forma positiva. De esta manera se pueden comportar como ácidos y como bases. Estas sustancias se conocen, como anfóteras. La unión de dos aminoácidos se realiza entre el grupo amino de un aminoácido con el grupo carboxilo de otro aminoácido, con pérdida de una molécula de agua (condensación). Este enlace se denomina peptídico y es de tipo covalente. La unión de dos aminoácidos forma un dipéptido, y de tres un tripéptido. Cuando se unen entre sí unos pocos aminoácidos, se denomina oligopéptido. Un polipéptido está formado por muchos aminoácidos, a veces 1.000 o más.

Asparragina (Asn)

COOH

H2N

CH3 CH

Alanina (Ala)

COOH

Glutamina (Gln)

H2N

Valina (Val)

H3C H3C H3C

Leucina (Leu)

H3C CH3

Isoleucina (Ile)

Tirosina (Tyr)

COOH

CH2

COOH

CH2 CH

Serina (Ser)

COOH

CH NH2

NH2

CH3

COOH

NH2 CH2

Cisteina (Cys)

CH2

C CH2 CH

NH2 CH

NH2

COOH

CH2 CH

NH2

CH2

NH2

CH3 CH

Treonina (Thr)

NH2

COOH

OH NH2

CH2 CH COOH

Triptófano (Trp)

NH2

H2 NH

Prolina (Pro)

H2C

CH2

CH3

COOH

NH2

CH2 CH2 S

COOH

NH2 Ácido glutámico (Glu) HOOC CH CH CH 2

CH2 Metionina (Met)

Ácido aspártico (Asp) HOOC CH2 CH

COOH

Arginina (Arg) H

NH2

CH2 CH2 CH2

NH2

COOH

CH2 CH NH2

COOH

Lisina (Lys) CH2 CH2 CH2 CH2 CH

COOH

NH2

NH2 Histidina (His)

CH2 HN

CH NH2

COOH

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NH2 Fenilalanina (Fen)

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Glicina (Gly)

capítulo

La estructura tridimensional de cada proteína (organización que presenta en el espacio) depende de su composición en aminoácidos y de la disposición de éstos en la cadena. Grupo R

Grupo carboxilo

Grupo amino

H N H

C H

CH3 N

C OH

Enlace peptídico

Grupo R

Glicina

OH H Alanina

N H

CH3 N

O C

+ H2O

OH H H Glicilalanina (un dipéptido)

• Niveles de organización de las proteínas: Pueden distinguirse cuatro niveles de organización en las proteínas: primario, secundario, terciario y cuaternario. - Estructura primaria: Corresponde a la secuencia de aminoácidos de una cadena polipeptídica, la cual está determinada por la información contenida en el ADN. La estructura primaria es mantenida por enlaces peptídicos. La estructura primaria de la proteína determina la función que esta vaya a cumplir, dependiendo del número, tipo y orden de los aminoácidos que la componen. Un ejemplo de proteína con estructura primaria es la Insulina, que fue la primera proteína de la cual se identificó la secuencia precisa de aminoácidos en sus dos cadenas polipeptídicas. - Estructura secundaria: Se obtiene como resultado del plegamiento de la cadena sobre sí misma, de modo que la cadena adquiere una estructura tridimensional. Esto está dado gracias a la formación de puentes de hidrógeno entre los aminoácidos. Tipos de estructura secundaria * Estructura hélice alfa: Implica la formación de enrollamientos en espiral de la cadena polipeptídica. La estructura helicoidal depende de la formación de puentes de hidrógeno entre los aminoácidos en las vueltas sucesivas de la espiral. Ejemplo: queratina del pelo.

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* Estructura hoja plegada beta: Es una estructura en zig-zag casi completamente extendida. Los puentes de hidrógeno le otorgan rigidez al conjunto. Ejemplo: la fibrina de la seda.

- Estructura terciaria: En algunas proteínas la estructura secundaria se pliega de nuevo sobre sí misma, debido a las interacciones entre los grupos R de los aminoácidos, dando lugar a la estructura terciaria. Esta disposición plegada y compacta de la cadena polipeptídica determina una forma aproximadamente esférica o globular.

Capítulo 1

Organización, estructura y actividad celular

Las interacciones pueden ser: * Enlaces de hidrógeno (H2) entre cadenas laterales. * Atracción iónica entre cadenas laterales. * Interacciones hidrofóbicas que resultan de la tendencia de los grupos R no polares a enlazarse en el interior de una estructura globular, lejos del agua circundante. * Enlaces covalentes, como los enlaces disulfuro (—S- S—) que se presentan entre los átomos de azufre de dos aminoácidos cisteína. - Estructura cuaternaria: Este nivel de organización depende del ordenamiento o unión de dos o más cadenas polipeptídicas, para formar una gran proteína. Cada cadena tiene su propia estructura primaria, secundaria y terciaria para formar la proteína biológicamente activa. Por ejemplo: la hemoglobina es una proteína constituida por cuatro subunidades. La estructura de las proteínas determina su función o actividad biológica. La conformación está determinada principalmente por la estructura primaria. La actividad biológica de una proteína puede modificarse por el cambio de un aminoácido de la secuencia. Es el caso de la anemia falciforme en la que se sustituye en la posición 6 la valina por el ácido glutámico y se modifica la forma de los glóbulos rojos, que puede llevar a la muerte por anemia. Estructura primaria

ala

Estructura secundaria

gly

lys

El calor, los valores extremos de pH o la presencia de ciertos solventes orgánicos, como el alcohol o la acetona, producen la ruptura de enlaces no covalentes o alteran la carga electroquímica de la proteína. Como consecuencia de estas alteraciones, las proteínas se desnaturalizan, es decir, se pliegan parcial o totalmente y no pueden llevar a cabo su función. Debido a la desnaturalización, las proteínas pierden su estructura tridimensional, pero mantienen su estructura primaria. Por este motivo, en algunos casos la desnaturalización, es reversible; así, cuando el factor que causa la desnaturalización se elimina, la proteína se vuelve a plegar y recupera su función (Renaturalización).

leu gly

leu val

Sabías que...

gly ala lys

val his

ala

gly Estructura cuaternaria

lys

Cadena polipeptídica

Estructura terciaria

Grupo Hem

Cadena polipeptídica

Hemo

Cadena polipeptídica

Los ácidos nucleicos son el ácido desoxirribonucleico (ADN) y el ácido ribonucleico (ARN).

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Son moléculas que permiten el almacenamiento y la expresión de la información genética, y que gobiernan la vida de todos los organismos vivos.

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d. Ácidos nucleicos

capítulo

Uno de los tipos de ARN contiene la información para la síntesis de proteínas y el ADN la de un organismo. Las unidades constituyentes de los ácidos nucleicos son los nucleótidos, los cuales se unen entre sí por enlaces fosfodiéster formando una hebra. Cada nucleótido se compone de: • Bases nitrogenadas: Son compuestos heterocíclicos formados por carbono, nitrógeno e hidrógeno. Clasificación de las bases - Bases pirimídicas: Están formadas por un anillo y son citosina (C), timina (T) y uracilo (U). - Bases púricas: Están formadas por 2 anillos y son adenina (A) y guanina (G).

En el ADN las bases nitrogenadas presentes son adenina, timina, citosina y guanina. En el ARN son adenina, citosina, guanina y uracilo (la timina está substituida por uracilo).

El término nucleósido se refiere a la unión de una pentosa y una base nitrogenada.

• Pentosa: Es un azúcar cíclico que en el caso del ADN es la desoxirribosa, y en el ARN es la ribosa. El enlace fosfodiéster es un enlace covalente realizado entre el carbono 3’ del azúcar y el carbono 5’ del azúcar del nucleótido siguiente. El enlace fosfodiéster permite unir los nucleótidos.

• Grupo fosfato (Ácido fosfórico): A través de este grupo se establece un enlace conocido como fosfodiéster. Los nucleótidos se pueden encontrar unidos entre sí para dar lugar a los ácidos nucleicos o libres en las células participando en numerosos procesos metabólicos, como, por ejemplo, el ATP (Adenosin trifosfato) y CTP (citosin trifosfato), entre otros.

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• ATP (Adenosin trifosfato): Es un nucleótido constituido por adenina, ribosa y tres grupos fosfato. Es de gran importancia pues es la fuente energética de todas las células. Los dos grupos fosfato terminales se unen al nucleótido por medio de enlaces inestables, por lo que el desprendimiento sucesivo de estos grupos fosfatos proporciona energía a los diferentes procesos metabólicos de la célula.

AMP cíclico se forma a partir del ATP por acción de la enzima adenilato ciclasa. Se encarga de servir como intermediario de los efectos de algunas hormonas.

• ADN (Ácido desoxirribonucleico): El ADN está formado por la unión de desoxirribonucleótidos mediante enlaces fosfodiéster. Este enlace se establece entre el grupo fosfórico del C-5 de una desoxirribosa y el grupo hidroxilo del C-3 de la desoxirribosa del

Capítulo 1

Organización, estructura y actividad celular

nucleótido siguiente. De este modo, los extremos de la cadena son un grupo fosfato en C-5, denominado extremo 5’, y un grupo OH en C-3, denominado extremo 3’.

El ADN se puede encontrar en forma de cadena sencilla (algunos virus) o doble, como en el resto de los seres vivos.

La estructura de la molécula de ADN fue dilucidada en 1953 por Watson y Crick y establece que: 1. La molécula de ADN está formada por 2 hebras que se enrollan en torno a un eje hacia la derecha (dextrógira) formando una hélice. Ambas hebras son antiparalelas, es decir tienen ADN Doble Hélice direcciones de crecimiento opuestas: una va en sentido 5’ a 3’ y la otra 3’ a 5’. 2. Las bases nitrogenadas Citosina, Guanina, Timina) hacia el interior de la desoxirribosa y los grupos disponen hacia el exterior.

(Adenina, se ubican hélice. La fosfatos se

3. Las 2 hebras se mantienen unidas por puentes de hidrógeno que se establecen específicamente entre la adenina y la timina y entre la citosina y la guanina. Siempre una base púrica con otra pirimídica. La unión adenina con timina es a través de 2 puentes de hidrógeno y entre citosina con guanina por 3 puentes de hidrógeno. Desnaturalización: El calor o los valores de pH extremos producen la ruptura de los puentes de hidrógeno que unen las cadenas, por lo que estas se disocian rápidamente. La renaturalización se producirá fácilmente si existe algún fragmento que no se ha separado y mantiene la estructura de doble hélice.

Enlace fosfodiéster, enlace covalente que une una cadena de ADN

Puente de hidrógeno que une ambas cadenas de ADN

Enlace fosfodiéster, enlace covalente que une una cadena de ADN

• ARN (Ácido ribonucleico): El ARN es una molécula formada por una sola hebra de ribonucleótidos unidos mediante enlaces fosfodiéster.

Existen tres tipos de ARN tanto en las células eucariontes como en las células procariontes, todos ellos sintetizados a partir del ADN. Cada uno desarrolla una función relacionada con la síntesis proteica.

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- ARN transferencia (ARNt): Está formado por una hebra de ARN la cual puede plegarse sobre sí misma formando una estructura con forma de hoja de trébol. Su función es el transporte de aminoácidos específicos.

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- ARN mensajero (ARNm): Transporta la información genética copiada desde el ADN hasta el sitio de síntesis proteica, por lo tanto, es el encargado de indicar la secuencia de aminoácidos que integrará la proteína que se está sintetizando (estructura primaria).

capítulo

- ARN ribosomal (ARNr): Junto a proteínas especiales denominadas ribosomales, constituye a los ribosomas, sitio de la síntesis proteica.

Las funciones de los ácidos nucleicos son: - El ADN se encuentra en todos los seres vivos y constituye el material genético de todos los individuos. - El ADN participa en dos procesos imprescindibles para la vida de la célula: la replicación y la síntesis de proteínas. En este último caso, además, intervienen los diferentes tipos de ARN. La replicación consiste en la duplicación de los cromosomas (ADN) en el momento en que la célula se divide, para poder transmitir la información genética a las células hijas. A partir de una de las cadenas de ADN se sintetiza una cadena de ARNm. Esta molécula, una vez que se forma, se desplaza desde el núcleo hasta los ribosomas situados en el citoplasma. Cada grupo de tres nucleótidos del ARNm se une a un ARNt, que contiene una secuencia complementaria y transporta un aminoácido. Los diversos aminoácidos transportados por los ARNt se unen mediante enlaces peptídicos y dan lugar a la síntesis de proteínas.

Actividades Prueba tus conocimientos 1. ¿Qué tipo de moléculas sufren reacciones de condensación para formar disacáridos, grasas y proteínas? 2. ¿Por qué los carbohidratos son usados como reserva energética? 3.

Investiga por qué los animales no pueden degradar la celulosa.

3. Morfología celular

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El concepto de célula, como se entiende en nuestros días, surgió entre 1830 y 1880. El perfeccionamiento de la microscopía óptica permitió rápidos e importantes progresos en la Biología Celular.

El término “célula” fue introducido por Robert Hooke en 1665, al observar un trozo de corcho en un rudimentario microscopio construido por él. Más tarde, Marcelo Malpighi (1670) y Anton van Leeuwenhoek (1674) describieron las células vegetales y los protozoos, respectivamente.

Capítulo 1

Organización, estructura y actividad celular

3.1 Teoría celular En 1831, en su “Ensayo sobre Fitogénesis”, Matthias Jakob Schleiden postuló que “Todas las plantas son aglomeraciones de células”. Por otra parte, Theodor Schwann, estudiando al microscopio diversos tejidos animales, concluyó en 1839 que “Todos los seres vivos, plantas o animales, consisten en células o sustancias segregadas por las células”. Con estos postulados cambia el concepto estático de célula, derivado de las observaciones hechas por Hooke, por el concepto de que la célula es “La Base Física de la Vida”, lo que queda comprendido en la llamada “Teoría Celular” de Schleiden y Schwann (1839). Esta fue completada por Rudolf Virchow en 1855, el cual agrega que “toda célula se origina de otra célula preexistente”. En 1880 el botánico alemán Eduard Strasburger describe la división celular en células vegetales; sin embargo, se señala al zoólogo alemán Walther Fleming y al belga Edouard Van Beneden como los grandes protagonistas del estudio de los fenómenos nucleares. Postulados de la teoría celular a. La célula es la unidad estructural de todos los seres vivos, es decir, todos los organismos vivos están constituidos por células y productos celulares. b. La célula es la unidad funcional de todos los seres vivos, pudiendo desarrollar su actividad en forma individual (organismos unicelulares) o asociarse a otras células interactuando y complementándose para constituir organismos complejos (multicelulares). c. Toda célula proviene de una célula preexistente, a través de la reproducción celular. Por lo tanto, la mínima unidad capaz de expresar la vida es la célula. La construcción del microscopio electrónico de transmisión, por Ernst Ruska y colaboradores en 1931, ha permitido el estudio ultraestructural de la célula que ha posibilitado la comprensión de muchas de sus funciones.

3.2 Diversidad celular Dado que las células deben desempeñar diferentes funciones en lo seres vivos, existe también una gran diversidad de formas celulares, que pueden modificarse a lo largo de la vida de la misma célula. En cada caso, la forma particular o la presencia de estructuras especiales es generalmente consecuencia del proceso de diferenciación celular, que permite a una célula o a un grupo de células cumplir con una función específica. Las variables que controlan la forma y la función de una célula son, en primer lugar, de origen genético. Por ejemplo, un glóbulo rojo humano tiene forma bicóncava, ausencia de núcleo y mitocondrias, para que el citoplasma quede disponible para el transporte de oxígeno.

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El tamaño celular está determinado por la relación entre el tamaño del núcleo y el citoplasma. A pesar del variado espectro de formas y tamaños, la organización fundamental de las células es relativamente uniforme. Esta generalización puede establecerse en la actualidad gracias al desarrollo del microscopio electrónico. De este modo, se observó que solo se presentan dos modelos básicos de organización celular:

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Otra variable que afecta la forma celular, aunque menos importante, es la interacción con otras células. Las células organizadas en tejidos presentan patrones morfológicos más constantes que las de vida independiente. Por otro lado, existe una amplísima variedad de tamaños celulares, encontrándose células solo visibles al microscopio electrónico, como los micoplasmas (bacterias de 0,1 micrón de diámetro), hasta células observables a simple vista, como la yema del huevo de avestruz (75 milímetros de diámetro).

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3.2.1 Procariontes Células rodeadas por una membrana plasmática, que no poseen un núcleo organizado dentro de una membrana nuclear o carioteca, ni organelos citoplasmáticos a excepción de los ribosomas. Como no poseen mitocondrias sus procesos de obtención de energía los realizan en unas invaginaciones de su membrana plasmática llamadas mesosomas. Su ADN se encuentra libre en el citoplasma, en forma circular y no está asociado a proteínas. Todos los procariontes presentan una gruesa pared celular, localizada por fuera de la membrana plasmática. Ejemplos: bacterias, algas verde-azules, actualmente denominadas cianobacterias.

Bacteria

ADN

Flagelo

Pili Cápsula

Ribosoma Pared celular

Membrana Plasmática

Citoplasma

3.2.2 Eucariontes Son células delimitadas por una membrana plasmática con un núcleo verdadero. Existe una membrana nuclear o carioteca que encierra al ADN asociado a proteínas constituyendo la cromatina. Poseen un sistema interno de membranas que divide a la célula en compartimientos específicos llamados organelos. A este grupo pertenecen los protozoos, las células animales y vegetales. Una de las grandes diferencias entre células eucariontes y procariontes está en que las primeras poseen una red de compartimiento o sistema de endomembranas continuas, que permiten que las funciones celulares se lleven a cabo en lugares específicos de la célula, es decir, existe un concepto de compartimentalización. El proceso de división celular entre células procariontes y eucariontes también es diferente.

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En las células eucariontes el proceso de división se conoce como mitosis y da como resultado dos células hijas. En células procariontes, a pesar de que también se producen dos células hijas, no se puede hablar de mitosis. No hay fibras del microtúbulo y no hay centríolo, por tanto, se habla solo de fisión binaria (proceso amitótico).

El metabolismo eucarionte es exclusivamente aeróbico (dependiente de oxígeno). El metabolismo procarionte es aeróbico, anaeróbico o facultativo (significa que según las condiciones del ambiente puede ser aeróbico o anaeróbico).

Capítulo 1

Organización, estructura y actividad celular

3.3. Organización estructural y funcional de la célula animal Envoltura nuclear Nucleoplasma+ADN Nucléolo Microtúbulos

Microfilamentos

Núcleo

Vesícula

Lisosoma

Retículo endoplasmático rugoso

Retículo endoplasmático liso Membrana Plasmática

Aparato de Golgi Vesícula

Mitocondria

Par de centríolos

3.3.1 Membrana plasmática o celular a. Composición química

Los científicos trabajaron arduamente para esclarecer la organización de la membrana plasmática. El análisis con el microscopio electrónico de transmisión evidenció una estructura trilaminar, pero no entregó información sobre la disposición de los componentes lipídicos y proteicos. Jonathan Singer y Garth L. Nicholson en 1972, acuñan la expresión de mosaico fluido, que establece que el componente lipídico de la membrana actúa como un medio en el cual se encuentran inmersas las proteínas que pueden estar total o parcialmente incluidas en la membrana.

Los lípidos que intervienen en mayor proporción en la composición de las membranas biológicas son los fosfolípidos y el colesterol.

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• Lípidos: La membrana es un complejo formado fundamentalmente por lípidos, que se disponen en una doble capa o bicapa lipídica, en la que se insertan distintos tipos de proteínas.

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capítulo

- Fosfolípidos: Son moléculas anfipáticas. Debido a esto los fosfolípidos se disponen a través de sus cabezas polares o hidrofílicas en contacto con el medio acuoso, mientras que las colas hidrofóbicas forman su estructura interna. Las colas apolares están formadas, a menudo, por una cadena de ácidos grasos saturados y por otra insaturada.

Sabías que... Las proteínas desempeñan la mayor parte de las funciones biológicas que realizan las membranas: participan en reacciones energéticas, en el transporte a través de membranas, en la recepción de señales, etc. Muchas proteínas de membrana son enzimas, como la acetil colinesterasa. Las proteínas de membrana tienen cierta capacidad de movimiento, como, por ejemplo:

Los fosfolípidos forman una estructura fluida y, por tanto, permiten el desplazamiento o movimiento dentro de ella. Estos movimientos son importantes en los procesos de transporte a través de la membrana. Los lípidos los podemos encontrar unidos a carbohidratos, formando los glucolípidos. Estos solo se encuentran en la parte exterior de las membranas y pueden representar hasta un 5% del total de lípidos de las membranas de las células animales. - Colesterol: Se encuentra en proporción elevada en las membranas de células eucariontes. Su disposición es intercalada entre los fosfolípidos, lo que limita la movilidad de los fosfolípidos, proporciona estabilidad mecánica a la membrana (otorga mayor rigidez) y reduce su permeabilidad.

• Difusión lateral, a lo largo de la membrana. • Rotación, alrededor de un eje perpendicular a la membrana.

Bicapa lipídica

Sin embargo, las proteínas tienen la capacidad de fijarse a ciertas regiones de la membrana a través de las cadenas de ácidos grasos de los fosfolípidos o establecer uniones no covalentes con otras proteínas de membrana. Poseen menor capacidad de desplazamiento que los fosfolípidos.

Vesícula fosfolipídica

agua

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• Proteínas: Se encuentran insertadas en la bicapa lipídica. Muchas se unen a carbohidratos formando glucoproteínas. Existen dos tipos de proteínas de membrana: - Proteínas transmembrana o integrales: Son aquellas que atraviesan completamente la membrana y sobresalen por ambas caras de esta. Las proteínas transmembrana tienen aminoácidos hidrofílicos en las zonas que asoman al exterior y al interior de la célula. En la parte intermedia de la molécula se sitúan mayoritariamente aminoácidos hidrofóbicos (rodeados por las colas apolares).

Capítulo 1

Organización, estructura y actividad celular

- Proteínas periféricas: No atraviesan la estructura de la membrana y sobresalen solo por una cara de la membrana. La membrana tiene una organización asimétrica. Esto quiere decir que la cara citoplasmática y la cara externa de la bicapa lipídica no son iguales, sino que presentan algunas diferencias como: * Los ácidos grasos de los fosfolípidos de la cara citoplasmática presentan más dobles enlaces que los de la cara externa y por ello están más curvados. Por tanto, esta cara de la membrana es más fluida que la externa. * Solo se encuentran glicolípidos en la cara externa de la membrana. Membrana celular Medio extracelular Carbohidrato

Glicoproteína

Colesterol

Proteína

Citoesqueleto Citoplasma

Es frecuente encontrar en la cara externa de la membrana una capa denominada glucocáliz, que está compuesta por cadenas de carbohidratos unidas a las proteínas de membrana. Desarrolla una función de protección y participa en los fenómenos de reconocimiento y adherencia celular.

Actividades

3. Qué significa que la membrana tenga una organización de mosaico fluido?

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2. ¿Qué significado tiene el hecho de que la organización de la membrana sea asimétrica?

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1. ¿Qué significa que la membrana tenga una estructura asimétrica?

capítulo

b. Transporte por la membrana Para poder llevar a cabo todas las funciones metabólicas que tienen lugar en las células éstas deben intercambiar sustancias con su medio exterior. Los mecanismos de transporte son bastante variados, pero en forma general se pueden dividir en pasivos y activos. • Transporte pasivo: Es un proceso que no requiere de energía (ATP) debido a que se realiza a favor del gradiente de concentración, es decir, desde una región de mayor concentración de la sustancia hacia otra de menor concentración de la misma. Existen diferentes tipos de transporte pasivo: - Difusión simple. Ciertas moléculas pequeñas y sin carga eléctrica como el oxígeno (O2), el nitrógeno (N2), el dióxido de carbono (CO2), el alcohol y el agua difunden rápidamente a través de la bicapa lipídica, a favor de su gradiente de concentración. - Difusión facilitada. Las moléculas que no pueden cruzar la membrana, como los iones y aminoácidos, entre otros, lo hacen gracias a las proteínas transmembrana, el hecho que no pueden atravesar la membrana se debe a que o son muy grandes, o tienen carga, o ambas situaciones. Estas partículas pueden ser moléculas o iones con carga eléctrica o bien de mayor tamaño molecular e hidrofílicas. Las proteínas transmembrana pueden ser de dos tipos: * Proteínas canal, que forman poros por los cuales se transportan iones (conocido como canal iónico). * Proteínas transportadoras, también denominadas carrier o permeasas. Estas proteínas están encargadas del transporte de sustancias de mayor tamaño molecular, para lo cual deben experimentar un cambio conformacional (cambio alostérico). Ejemplo: Carrier de glucosa.

+ +

Difusión simple

+ +

Canal iónico

Carrier

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Difusión facilitada

- Osmosis: Es un caso especial de difusión simple, que consiste en un movimiento de moléculas de agua desde una zona de mayor concentración de agua a otra de menor concentración. En otras palabras, es un movimiento que ocasiona transferencia neta de agua desde una zona de mayor potencial hídrico (energía potencial de las moléculas de agua) hacia otra de menor potencial hídrico. La osmosis tiene una enorme importancia para todas las células. Una célula animal, como es el caso de un glóbulo rojo, es isotónico respecto al plasma; pero si lo exponemos a una solución hipertónica perderá

Capítulo 1

Organización, estructura y actividad celular

agua y se arrugará, fenómeno conocido como crenación. Si lo exponemos a una solución hipotónica, en cambio, ingresará agua a la célula, diluyendo su contenido y rompiendo la membrana celular, fenómeno conocido como citólisis. La célula vegetal presenta una pared celular rígida, por lo que en una solución hipertónica el protoplasma se retraerá, despegándose la membrana celular de la pared, fenómeno conocido como plasmólisis. En una solución hipotónica el ingreso de agua al interior de la célula no provoca el rompimiento de la célula, sino que se genera una presión, desde dentro de la célula sobre la pared, denominada presión de turgencia, la cual es responsable de la posición erecta de las hojas y tallos verdes de las plantas.

• Transporte activo: Transporte que ocurre en contra de un gradiente de concentración o gradiente electroquímico y por ello requiere de energía. En este mecanismo de transporte también participan proteínas transmembrana, pero que tienen la capacidad de hidrolizar ATP para obtener energía y simultáneamente cambian su conformación espacial para efectuar el transporte de las sustancias (también se denominan bombas).

El ejemplo clásico de este tipo de transporte es la bomba sodiopotasio, que extrae sodio de la célula e ingresa potasio a la misma. La acción de la bomba Na+-K+ es fundamental para fenómenos como la contracción muscular, el potencial de acción en el impulso nervioso, la mantención de un balance hídrico normal tanto dentro como fuera de la célula.

Sabías que... Tipos de soluciones • Soluciones isotónicas: Son soluciones que presentan la misma concentración de agua y de soluto a ambos lados de una membrana. • Soluciones hipotónicas: Son soluciones en las que se presenta una menor concentración de solutos y una mayor concentración de agua. • Soluciones hipertónicas: Son soluciones en las que la concentración de soluto es mayor y, por lo tanto, menor es la concentración de agua.

Bomba Na+ y K+. Na+

Na+

Na+ Na+

ATP

Na+

P Na+

Na+

ADP

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K+

P K+

K+

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K+

capítulo

• Transporte de macromolécula: Los mecanismos antes mencionados no permiten el paso de moléculas grandes como polisacáridos y proteínas. En estas situaciones se utilizan los sistemas de transporte de exocitosis y endocitosis.

Ambos mecanismos utilizan vesículas rodeadas de membrana plasmática, en cuyo interior viajan las sustancias que deben entrar o salir de la célula. - Endocitosis: Se trata de un proceso de incorporación de sustancias a la célula. En él las sustancias se concentran en pequeñas depresiones de la membrana plasmática, que llevan a la formación de una vesícula, la cual contiene en su interior una gran cantidad de sustancias. Tipos de endocitosis: * Cuando las vesículas alcanzan un tamaño mayor de 150 nm y contiene en su interior restos celulares, microorganismos o partículas grandes, se habla de fagocitosis. * Si las vesículas son de diámetro menor a 150 nm y contienen fluidos, el proceso se denomina pinocitosis. * Existe además otro tipo de endocitosis específica, denominada endocitosis mediada por receptor: que se lleva a cabo cuando el soluto se une a una proteína específica de la membrana celular. Esta proteína, llamada receptor, tiene la capacidad de unirse al soluto en forma selectiva, para luego incorporarlo a la célula. La fagocitosis se da en células con cierto grado de especialización, como protozoos, glóbulos blancos, etc. La pinocitosis es relativamente común en todo tipo de células, como en los ovocitos durante su proceso de maduración. Una vez que las vesículas han penetrado en el interior celular, los lisosomas se unen con ellos, para luego procesarlos. - Exocitosis: La macromolécula o partícula es transportada hacia el exterior de la célula. Las vesículas de secreción viajan hacia la membrana celular, se fusionan con ella y vierten su contenido hacia el espacio extracelular. El proceso de exocitosis se puede desencadenar bajo dos situaciones: * Las vesículas se producen permanentemente y se liberan sin necesidad de mediación de algún estímulo, como es el caso de la formación de la matriz extracelular.

Durante los procesos de endocitosis y exocitosis, las bicapas lipídicas se aproximan y se fusionan, para lo cual se requiere el aporte de energía (ATP).

Mientras tienen lugar estos transportes, se suelen generar fragmentos de membrana que son recuperados por la célula y reciclados en otros puntos de la membrana. Membrana plasmática

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* Las vesículas se producen, pero solo son liberadas frente a un estímulo adecuado, como es el caso de los neurotransmisores o las enzimas digestivas.

Citoplasma Citoplasma

Exocitosis

Endocitosis

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Organización, estructura y actividad celular

Actividades 1. Completa el siguiente cuadro comparativo entre transporte pasivo y transporte activo Criterio de comparación

Transporte pasivo

Transporte activo

Dirección respecto del gradiente de concentración Uso de energía Participación de la bicapa de fosfolípidos Participación de proteínas de membrana Ejemplos

2. Explica el funcionamiento de la bomba Na+-K+ considerando participación de proteínas de membrana, uso de energía, dirección del movimiento de iones y significado de su funcionamiento. 3. ¿Qué condiciones debe cumplir una sustancia para atravesar directamente la bicapa fosfolípidos? 4. Términos pareados

1. Transporte activo 2. ATP 3. Endocitosis 4. Gradiente de concentración 5. Permeabilidad selectiva 6. Carrier 7. Carga eléctrica. 8. Canal iónico 9. Cambio alostérico. 10. Fagocitosis

A. Sodio, potasio, cloro. B. Diferencia de concentración C. Incorporación de partículas sólidas D. Transportador de membrana E. Incorporación de sustancias. F. A favor de la gradiente. G. Difusión facilitada. H. Moléculas polares I. Energía del transporte activo. J. Capacidad para modificar comportamiento.

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c. Diferenciaciones de la membrana plasmática: Cilio Dineína

Par de microtúbulos

• Microvellosidades: Son proyecciones en forma de dedos (evaginaciones digitiformes) que aumentan la superficie de absorción de la membrana. Por ejemplo, se encuentran en las células epiteliales del intestino delgado, especialista en la absorción de nutrientes, y en las células renales. • Uniones celulares: La integridad estructural de los distintos tejidos del organismo se mantiene gracias a la adhesión existente entre las células que lo componen. Esta adhesión es mediada por proteínas de la membrana celular. Algunas de estas uniones son:

Brazos (dineína)

Corte transversal

capítulo

Membrana plasmática

Citosol

Radio

Microtúbulos central individual

Enlace (nexina)

Par de microtúbulos

Brazos (dineína)

- Uniones estrechas u oclusivas: Son regiones especialmente diferenciadas para sellar el espacio intercelular, formando una barrera impermeable para la difusión de moléculas entre células adyacentes. - Uniones intermedias: Son uniones que forman una banda que circunda la superficie interna de la membrana celular. Conectan filamentos de actina de células vecinas. - Desmosomas: Corresponden a uniones puntuales entre dos células vecinas a las cuales se unen los tonofilamentos que es un armazón estructural para el citoplasma. Actúan como broches para mantener unidas las células. - Uniones en hendidura o comunicaciones intercelulares o nexus: Corresponden a proteínas que conectan dos células y que permiten el intercambio de pequeños iones y metabolitos entre ellas en forma selectiva.

3.3.2 Citoplasma Está constituido por la matriz citoplasmática o citosol, el citoesqueleto y los organelos celulares.

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a. Citosol

Es principalmente agua en la que se disuelven sustancias orgánicas (aminoácidos, glucosa, etc.) e inorgánicas (iones, sales minerales, etc.). Desde el punto de vista físico-químico, el protoplasma presenta características y propiedades coloidales. Un coloide es un tipo de solución en que las partículas disueltas miden entre 0,1 a 0,0001 micrones. Son sistemas altamente estables, que presentan cambios físicos reversibles, pudiendo hallarse en estado sol o estado gel. En el estado gel las partículas disueltas o dispersas se encuentran muy juntas, constituyendo una verdadera red que deja una cantidad de agua retenida y la solución se hace más espesa y viscosa. Por el contrario, en el estado sol las partículas disueltas se encuentran muy

Capítulo 1

Organización, estructura y actividad celular

separadas, permitiendo que el solvente se disponga en forma continua como la cantidad de agua retenida es pequeña, queda agua libre, lo que hace la solución más fluida. Mitocondria Lisosoma

Peroxisoma Citosol

Envoltura nuclear

Aparato de Golgi

Vacuola

Retículo endoplasmático

Membrana plasmática

b. Citoesqueleto Las células eucariontes presentan un alto grado de organización; sin embargo, son capaces de modificar su forma, reubicar sus organelos según sus necesidades metabólicas e incluso, en ciertos casos, desplazarse de un lugar a otro. Estas características dependen de una intrincada red de proteínas filamentosas conocida como citoesqueleto, el cual está formado por microfilamentos, filamentos intermedios y microtúbulos. • Microfilamentos: Presentan, el aspecto de hebras, de unos 6-7 nm de diámetro y de longitud variable. Su unidad básica es una proteína globular, llamada Actina. Estas moléculas son capaces de asociarse, en presencia de ATP y de iones de calcio.

Participan, junto con los filamentos gruesos de miosina, en ciertos movimientos celulares, tales como la división del citoplasma durante la división celular y la contracción celular entre otras.

• Filamentos intermedios: Están constituidos por proteínas fibrosas, que se asocian de manera irreversible sin gasto de energía, dando origen a estructuras de 8-11 nm de diámetro. Son los componentes más estables del citoesqueleto, y constituyen una trama permanente dentro de las células.

En el tejido epitelial forman parte de los desmosomas y las uniones intermedias. En la piel cumplen funciones impermeabilizantes. En las neuronas se denominan neurofilamentos, los cuales están relacionados con el transporte de sustancias por el axón.

• Microtúbulos: Están formados por una proteína llamada tubulina. En presencia de GTP y de iones de magnesio, las moléculas de tubulina se unen constituyendo las paredes de un tubo hueco de unos 25 nm de diámetro.

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Microtúbulos

Microfilamentos de Actina

Participan en los movimientos celulares durante la división del núcleo (mitosis y meiosis) y en la estructura de cilios, flagelos, centríolos y cuerpos basales.

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Filamentos Intermedios

capítulo

• Centríolos: Están formados por 9 tripletes de microtúbulos que delimitan un túbulo hueco. En general se encuentran dos centríolos (diplosoma) por célula. Se disponen en ángulo recto entre sí y cercanos a la envoltura celular en una zona especial del citoplasma, denominada centro celular o centrosoma. El centrosoma está constituido por un par de centríolos y una zona que contiene el material pericentriolar de naturaleza desconocida. Las células vegetales superiores poseen un centro organizador de microtúbulos (COMT) que carece de centríolos, el cual organiza el aparato mitótico durante la división celular. Parece, entonces, que el material pericentriolar del centrosoma y no los centríolos organizaría el huso mitótico en células animales. Microtúbulos Centríolos

Estructura de un centríolo

Tripletes de microtúbulos

• Cilios y flagelos: Están constituidos por nueve pares de microtúbulos periféricos que delimitan un túbulo hueco, y por dos microtúbulos centrales. Esta estructura se denomina “9+2”. Cada uno de los 9 pares está conectado con el vecino mediante puentes de proteína, y se relacionan con el par central a través de fibras radiales, los cuales garantizan la cohesión del cilio o flagelo. El movimiento es generado por el desplazamiento de los pares periféricos unos contra otros en un proceso que consume ATP. Los cilios y flagelos están envueltos por la membrana plasmática. Los cilios se diferencian de los flagelos en que los primeros son pequeños y numerosos, en cambio, los segundos son más largos y, en general, no hay más de uno por célula.

Los cilios participan en la locomoción activa de organismos unicelulares, como protozoos. En tejidos ciliados, impulsan el barrido de las partículas de la superficie del tejido o provocan corrientes de agua, como, por ejemplo, en los conductos respiratorios de mamíferos. Los flagelos participan en la locomoción activa de unicelulares, por ejemplo, euglenas y en células de mamíferos como los espermatozoides. Núcleo

3.3.3 Organelos

CPECH

Preuniversitarios

a. Ribosomas

Organelos citoplasmáticos presentes en todo tipo celular, procarionte y eucarionte (animal y vegetal). Los ribosomas pueden estar libres en el citoplasma —solos o en grupo formando polirribosomas— o asociados al retículo endoplasmático rugoso (que no es el caso de célula procarionte). No poseen membrana. Están constituidos por ARN ribosomal y 55 proteínas diferentes, que forman dos subunidades, las cuales se acoplan durante la síntesis proteica. La función de los ribosomas es la síntesis de proteína.

Ribosoma Subunidad menor

Subunidad mayor

Capítulo 1

Organización, estructura y actividad celular

b. Retículo endoplasmático Se encuentra en todas las células eucariotas y ocupa hasta el 10% del espacio interior de éstas. Es un conjunto de cavidades, túbulos y vesículas conectadas entre sí y con la envoltura nuclear. El espacio que queda limitado en el interior se denomina lumen. Junto al aparato de Golgi y la envoltura nuclear, forman el sistema de endomembrana de la célula, el cual separa los diferentes sectores del citoplasma celular. Existen dos tipos de retículo:

Envoltura Núcleo nuclear

Cisternas Lumen

Ribosomas

Retículo endoplasmático rugoso

Retículo endoplasmático liso • Retículo Endoplasmático Liso (REL): La denominación liso proviene del hecho de que no tienen ribosomas incrustados en su superficie externa. Se presenta como una intrincada red de túbulos y sistemas membranosos, cuya extensión y localización dependen de la actividad metabólica de la célula. Realiza las siguientes funciones:

- Síntesis de lípidos, como esteroides (por ejemplo, colesterol), triglicéridos, fosfolípidos, entre otros, excepto ácidos grasos. - Detoxificación de sustancias provenientes del medio externo, como drogas, medicamentos, aditivos alimenticios y pesticidas. La detoxificación consiste en la anulación de la actividad de dichas sustancias por modificación de su estructura química, contribuyendo a su excreción. En los vertebrados tiene lugar en el hígado, los pulmones, el intestino, los riñones y la piel. - Regulación del calcio presente en el citoplasma de las células musculares. En estas, recibe el nombre de retículo sarcoplásmico (almacena calcio). • Retículo Endoplasmático Rugoso (RER): Está formado principalmente por cisternas (sacos membranosos aplanados) interconectadas, las cuales presentan ribosomas adosados a su superficie externa, lo que le confiere el aspecto rugoso. Los ribosomas están adheridos a la membrana por su subunidad mayor. La extensión y distribución del RER es variable y depende de la actividad metabólica de la célula. Sus funciones son: - Circulación intracelular de sustancias que no se liberan al citoplasma.

- Proteínas de membrana que permiten el crecimiento del retículo, del aparato de Golgi y de la membrana plasmática.

Preuniversitarios

Las glucoproteínas que produce el RER son de 3 tipos:

CPECH

- Síntesis de proteínas de exportación. Esta función es llevada a cabo en los ribosomas adheridos a sus membranas. A medida que las proteínas son sintetizadas, experimentan la adición de un hidrato de carbono de pequeño tamaño, dando como resultado una glucoproteína. Todo esto se realiza en el interior de las cisternas. Desde este lugar son transportadas a través de vesículas al aparato de Golgi, donde terminan de procesarse. El RER es muy desarrollado y abundante en células que secretan proteínas. Por ejemplo, las células del páncreas.

capítulo

- Proteínas de secreción. - Enzimas hidrolíticas que van a formar parte de los lisosomas. El retículo endoplasmático está íntimamente relacionado, mediante vesículas de transporte, con el aparato de Golgi.

c. Membrana nuclear o carioteca Es la envoltura del núcleo y se continúa con el REL y el RER. Está constituida por 2 membranas, una externa y otra interna. Presenta poros que le permiten dejar entrar y salir macromoléculas entre el núcleo y el citoplasma.

d. Aparato de Golgi Está formado por una serie de vesículas en forma de saco denominadas cisternas, las cuales se apilan en grupos de cuatro a seis formando un dictiosoma. En las proximidades de los dictiosomas, se halla una gran cantidad de pequeñas vesículas que se forman y se desprenden de las cisternas. Está presente en casi todas las células, pero es más abundante en las secretoras. El origen del aparato de Golgi está en las vesículas de secreción del retículo endoplasmático rugoso (retículo de transición).

cara citosólica

Preuniversitarios

RER

CPECH

cara e xtrace lular cara c itosóli ca

cara luminal

Aparato de Golgi

smátic

ana pla

Membr

Componente de membrana

Participa en la maduración y acondicionamiento de las sustancias provenientes del retículo endoplasmático. Este acondicionamiento consiste principalmente en la unión de proteínas y lípidos sintetizados en el retículo, con pequeñas cadenas de glúcidos para obtener glucoproteínas y glucolípidos; en la formación del acrosoma en los espermatozoides; en la concentración y empaquetamiento de las enzimas hidrolíticas dentro de una vesícula. De esta manera, el aparato de Golgi da origen a los lisosomas primarios; a la formación de la placa divisoria al finalizar la división celular en células vegetales; y sintetiza algunos hidratos de carbono de la pared celular vegetal (excepto la celulosa).

Capítulo 1

Organización, estructura y actividad celular

Aminoácidos

Formación de cadenas de carbohidratos

teín Pro

Glucoproteínas, gl

uco lí

pid os y

lip

Ribosomas

Membrana plasmática antigua

Lisosoma

nas t eí

as y Lípidos

Núcleo

Membrana plasmática nueva

Vesícula de secreción

Retículo endoplasmático rugoso (síntesis de proteínas)

Retículo endoplasmático de transición (transporte de proteínas y lípidos sintetizados)

Complejo de Golgi (preparación química y empaquetamiento; formación de glucoproteínas, glucolípidos y lipoproteínas).

e. Lisosomas Son vesículas o vacuolas que se originan del aparato de Golgi. Contienen enzimas hidrolíticas (hidrolítica significa que requieren la presencia de agua para poder activarse) capaces de degradar diversas sustancias. Son 4 tipos de enzimas hidrolíticas: proteasas, nucleasas, glucosilasas y lipasas. Las hidrolasas lisosomales solo actúan en presencia de las sustancias a digerir y a un pH ácido. Son responsables de la digestión celular. Las sustancias que se digerirán pueden provenir de la misma célula o pueden ser incorporadas desde el exterior por endocitosis. En el primer caso, el proceso se denomina autofagia, y gracias a él la célula puede eliminar organelos envejecidos de su propio citoplasma.

Señal Señal Vesícula secretora

Secreción continua

Secreción Regulada Gránulos de secreción Trans Medial

Aparato de Golgi

Cis

CPECH Preuniversitarios

Cuando las sustancias son incorporadas por endocitosis se forma una vacuola, la que se fusiona con un lisosoma primario para constituir una vacuola digestiva (lisosoma secundario). En su interior, las enzimas digestivas actúan sobre las sustancias endocitadas. Los productos de degradación útiles para la célula pasan al citoplasma por transporte a través de la membrana de la vacuola. Los productos de desecho se eliminan a través de la misma vacuola por exocitosis. También participan en la digestión o destrucción de las células que ya han cumplido su función, por lo que se dice que son responsables del envejecimiento celular. La existencia de los lisosomas permite mantener aisladas distintas enzimas que participan de la digestión celular y que potencialmente pueden degradar los componentes de la misma célula que las alberga.

capítulo

f. Peroxisomas

Bacteria

Organelos presentes en todas las células eucariontes. Están limitados por una sola membrana y en su interior contienen numerosas enzimas de tipo oxidativos.

Protegen la célula de la acumulación de peróxido de hidrógeno (H2O2), un fuerte agente oxidante. Contienen una enzima llamada catalasa que participa en la degradación del H2O2 a agua y oxígeno. También tienen otras enzimas que utilizan el H2O2 para reacciones de oxidación, como, por ejemplo, la oxidación de sustancias tóxicas como los fenoles, etanol, formaldehído, entre otros, las cuales van a ser posteriormente eliminadas. Participan de la beta-oxidación de los ácidos grasos de cadena larga.

Retículo

Fagocitosis Endocitosis

Autofagia

Fagosoma

g. Vacuolas Autofagosoma

Lisosoma

Además de las vacuolas digestivas y de secreción, existe en las células vegetales otro tipo de vacuolas, que son de almacenamiento. Contienen agua y ocupan gran parte del citoplasma.

h. Mitocondrias Organelos presentes en todas las células eucariontes, excepto en los glóbulos rojos maduros. Su número y forma es variable, dependiendo del tipo celular. Su tamaño fluctúa entre 0,3-0,8 µm de largo.

Compartimiento Intermembrana Membrana Interna

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Matriz Mitocondrial

Membrana Externa Crestas Mitocondriales

Capítulo 1

Organización, estructura y actividad celular

Están formadas por dos membranas, una externa lisa y continua y otra interna que se pliega hacia el interior formando las crestas mitocondriales, las cuales varían de forma en los distintos tipos de mitocondrias. Al microscopio electrónico, se observan sobre estas crestas unas pequeñas partículas redondeadas llamadas partículas elementales o partículas F, donde se encuentran las enzimas necesarias para la fosforilación oxidativa. El espacio interior de las mitocondrias contiene un material gelatinoso denominado matriz mitocondrial. Aquí se encuentran las enzimas encargadas del ciclo de Krebs, gracias a eso, este organelo es llamado semiautónomo. En la matriz también se encuentran ADN y ribosomas, lo que les permite autoduplicarse y sintetizar algunas proteínas específicas. Sin embargo, hay cierta dependencia de la información nuclear. La función principal de las mitocondrias es generar ATP, a través de un proceso conocido como respiración celular. Además, las mitocondrias poseen otras funciones como: remoción de Ca2+ del citosol, síntesis de algunos aminoácidos a nivel de los hepatocitos, síntesis de esteroides en algunas células de la corteza suprarrenal, en los ovarios y en los testículos.

3.4 Organización estructural y funcional de la célula vegetal

Aparato de Golgi Vesículas

Vacuola central

Microfilamentos Envoltura nuclear ADN y nucleoplasma Cloroplasto

Mitocondria

Nucléolo Retículo endoplasmático rugoso

Microtúbulos Membrana plasmática Pared celular

CPECH Preuniversitarios

Las células vegetales son esencialmente similares a las células animales, lo cual demuestra la unidad de estructura y función de la célula eucarionte. Sin embargo, es conveniente estudiar la célula vegetal en forma independiente de la animal, a fin de abordar ciertos aspectos especiales, como la pared celular, los glioxisomas, los plastidios y algunos detalles importantes acerca de la división celular (este último tema será tratado más adelante).

capítulo

3.4.1 Pared celular En las células vegetales, en la parte exterior de la membrana plasmática, se encuentra la pared celular vegetal. Ésta es rígida y fuerte. La pared celular es compleja y está muy diferenciada en ciertos vegetales. Está compuesta por tres tipos de polisacáridos (celulosa, hemicelulosa y pectina) y varias glucoproteínas. Todas estas moléculas están englobadas en una matriz hidratada que permite que las sustancias solubles y de pequeño tamaño se difundan a través de ella. Por esta razón, las moléculas que participan en el metabolismo de las plantas son de pequeño tamaño. Se distinguen una pared primaria y una pared secundaria, que se desarrollan en forma secuencial y difieren por su composición y disposición de microfibrillas. La pared primaria es la más externa y de organización más laxa, lo cual le permite crecer con la célula (es la primera que se forma y separa las dos células hijas después de la división celular). La pared primaria está compuesta por fibras de celulosa orientadas en diversas direcciones, formando una red relativamente laxa, denominada microfibrilla. Las células que no han de crecer segregan una pared secundaria, gruesa y compacta. La pared secundaria está formada por fibras de celulosa paralelas, dispuestas en capas alternadas (esta distribución le confiere menor flexibilidad y elasticidad). Además, intercalado en el tramo celulósico de la pared secundaria se encuentra otro polisacárido, la lignina, que le otorga mayor resistencia a la presión. También se puede hallar pectina. Protege la célula de tracciones mecánicas. Como cada pared celular está unida a la pared de las células vecinas, entre todas constituyen un armazón que da consistencia a los diferentes órganos de la planta. Actúa como límite resistente que impide la exagerada distensión de la membrana plasmática y su posible ruptura causada por una excesiva entrada de agua.

3.4.2 Citoplasma En las células meristemáticas (células indiferenciadas), las membranas del retículo endoplasmático son relativamente escasas y están enmascaradas por los numerosos ribosomas que llenan el citosol. El gran desarrollo de retículo endoplasmático durante la diferenciación celular se relaciona con la intensa hidratación que experimenta el citoplasma. Este proceso da lugar a enormes vacuolas que se llenan de líquido que suelen unirse entre sí. Como resultado, el citosol en ocasiones queda reducido a una fina capa por debajo de la membrana plasmática.

CPECH

Preuniversitarios

Como en las células animales, en las células vegetales el aparato de Golgi es esencial para la secreción. De esta manera, participa en el transporte de proteínas de depósito, como la legumina presente en los cotiledones de ciertas leguminosas. Estas y otras proteínas se localizan en organelos especiales, denominados cuerpos proteicos o granos de aleurona. Además de los organelos antes señalados, en el citosol de las células vegetales podemos encontrar mitocondrias, glioxisomas y plastidios (por ejemplo, cloroplastos).

3.4.3 Organelos característicos a. Glioxisomas Son organelos relacionados con el metabolismo de los triglicéridos. Tienen una membrana y una matriz amorfa, en que se encuentran diversas enzimas. Al igual que en los peroxisomas, las enzimas glioxisómicas se forman en el citosol a nivel de los ribosomas libres, siendo transferidas al interior del organelo. La membrana es aportada por el retículo endoplasmático.

Capítulo 1

Organización, estructura y actividad celular

Los glioxisomas contienen enzimas que se utilizan en la transformación de los lípidos de las semillas en hidratos de carbono, a través de un conjunto de reacciones químicas conocidas como ciclo del glioxilato.

b. Plastidios Son organelos citoplasmáticos limitados por membrana que están presentes en las células de las plantas y algas. Los más importantes son los cloroplastos, que se caracterizan por poseer pigmentos y por su papel en la fotosíntesis. • Cloroplastos: Es un tipo de plastidio que se encuentra exclusivamente en las células vegetales fotosintéticas. Tienen forma variable aunque, a menudo, son ovoidales. Tienen un tamaño mayor que el de las mitocondrias, por lo general de 3 micrones de diámetro y 10 micrones de largo. El microscopio electrónico ha revelado que la estructura del cloroplasto se compone de tres partes principales: la envoltura, el estroma y los tilacoides.

Grana

Doble membrana Sistema interno de membrana

Estroma

Tilacoide

- La envoltura de los cloroplastos presenta dos membranas: una externa muy permeable y otra interna lisa y sin crestas, menos permeable que la externa. - El estroma es la cavidad interna del cloroplasto y está compuesta por enzimas implicadas en el metabolismo fotosintético y por aquellas que regulan y controlan la replicación, transcripción y traducción del material genético del cloroplasto. Contiene además un ADN tipo procarionte, circular y desprovisto de proteínas. Este ADN y la presencia de diversos ARN y ribosomas tipo procarionte le dan al cloroplasto la capacidad de sintetizar algunas proteínas estructurales y enzimáticas del cloroplasto. Otras sustancias encontradas en el estroma son sustancias como almidón y gotas lipídicas.

Además de los cloroplastos, existen otros plastidios con pigmentos, denominados cromoplastos. En los pétalos, frutos y raíces de ciertas plantas superiores hay cromoplastos amarillos o anaranjados. Estos tienen, en general, menor actividad fotosintética.

Los plastidios incoloros o leucoplastos se encuentran en las células embrionarias y en las células de los órganos que no reciben luz y corresponden a vacuolas limitadas por dos membranas, cuya función principal es el almacenamiento de sustancias de reserva, como el almidón en amiloplastos y los aceites en los oleoplastos, etc.

Preuniversitarios

CPECH

- Los tilacoides son sacos aplanados agrupados como pilas de monedas. Estas pilas se denominan granas. Hay tilacoides que atraviesan el estroma, los cuales se conectan entre sí formando una red de cavidades (espacio tilacoidal). La membrana de los tilacoides contiene los pigmentos fotosintéticos (clorofila y carotenoides), la cadena transportadora de electrones y la enzima ATP sintetasa, entre otros.

capítulo

Actividades

Completa el siguiente cuadro con las diferencias entre células procariontes y eucariontes. Criterio de Comparación

Célula Procarionte

Célula Eucarionte

Antigüedad evolutiva Organización del material genético División celular Organelos Metabolismo Ribosomas Tamaño Ejemplos 2.

¿Qué estructuras diferencian una célula vegetal de una animal?

¿Qué justificación hace pensar que las mitocondrias y cloroplastos fueron alguna vez bacterias?

Juzga la siguiente frase: Los glóbulos rojos o eritrocitos, producto del proceso de diferenciación, se vuelven células procariontes.

3.5 Núcleo celular La presencia del núcleo es una de las características que distingue a las células eucariontes. Ocupa alrededor del 10% del volumen total de la célula. Generalmente el núcleo se localiza en el centro de la célula, pero en algunos tipos celulares, como células musculares, puede ser periférico. Su forma depende del tipo celular. Normalmente es esférico, pero también ovoide o irregular (arriñonado, multilobulado, etc.). El núcleo es el centro de control celular, ya que contiene toda la información genética almacenada en el ADN. El núcleo está constituido por:

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• La envoltura nuclear o carioteca. • Cromatina: Constituida por ADN y proteínas básicas (histonas). • Matriz nuclear: Constituida por proteínas “no histónicas” y ribonucleoproteínas.

3.5.1 Envoltura nuclear La envoltura nuclear está compuesta de dos membranas concéntricas, una interna y otra externa. Ambas membranas aparecen perforadas por poros, a través de los cuales el interior del núcleo se comunica con el citosol. Estos poros se encuentran distribuidos regularmente por toda la superficie de la envoltura. Son estructuras complejas, en las que un conjunto de proteínas forma un armazón, denominado complejo poro.

Capítulo 1

Organización, estructura y actividad celular

La membrana externa de la envoltura se continúa con la membrana del retículo endoplasmático. Más aún, el espacio que separa la membrana externa de la interna (espacio perinuclear) se continúa con el interior del retículo endoplasmático. Los poros de la envoltura nuclear son mucho más que simples perforaciones. El diámetro total del complejo poro es de unos 100 nm y su espesor de aprox. 30 nm. Sin embargo, sus componentes convierten al poro en un canal cilíndrico de 9 nm de diámetro, ubicado en el centro del complejo La envoltura nuclear tiene la función de aislar o separar el material genético del contenido citoplasmático y, además, de regular el paso de sustancias a través de ella.

3.5.2 Cromatina El ADN es el principal componente genético de la célula y el que lleva la información codificada de una célula a otra y de un organismo a otro. El ADN no se halla libre sino formando un complejo, la llamada cromatina. Al extenderse la cromatina aparece una estructura repetitiva en forma de cuentas de collar de 10 nm de diámetro, los nucleosomas, conectados entre sí por un filamento de ADN. Al aislar la cromatina con soluciones hipotónicas, aparece una suspensión gelatinosa que contiene ADN, ARN, proteínas básicas (histonas) y proteínas más ácidas (no histónicas). Las histonas están en una relación de 1 : 1 en peso con el ADN, mientras que el contenido de ARN y proteínas no histónicas es variable. Entre las proteínas no-histónicas encontramos ARN-polimerasa, ADN polimerasa y proteínas reguladoras.

Histona (H1 )

ADN espaciador

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La cromatina, para ser contenida en el pequeño espacio que el núcleo le ofrece, debe experimentar nuevos y sucesivos grados de enrollamientos. Estos se producen gracias a la histona H1 que tiene la capacidad de interactuar con otras H1 de otros nucleosomas, lo que lleva a un mayor plegamiento de la fibra.

Nucleosoma formado por un complejo de cuatro clases diferentes de histonas, con dos moléculas de cada clase, y envuelto por una doble hélice de ADN.

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Las histonas desempeñan un papel fundamental en el enrollamiento de la cromatina. Existen 5 clases, denominadas H1, H2A, H2B, H3 y H4. Kornberg propuso un modelo de nucleosoma en el que las 4 histonas (H2A, H2B, H3, H4) forman un octámero al cual se enrolla la molécula de ADN. El octámero posee el aspecto de un cilindro de baja altura, con un diámetro de 10 nm. Como ya se vio, se halla envuelto por un pequeño tramo de ADN, que lo recorre casi dos veces. Dado que cada vuelta presenta 83 pares de nucleótidos, el segmento de ADN asociado al nucleosoma contiene un total de 146 pares de nucleótidos. Los nucleosomas se hallan separados entre sí por tramos de ADN espaciadores que contienen entre 20 y 60 pares de nucleótidos. Esta alternancia de nucleosomas y segmentos de ADN espaciadores son los que le dan el aspecto de collar de cuentas.

Los genes activos no presentan plegamiento y así son más accesibles tanto a la ADN polimerasa durante la replicación, como a la ARN polimerasa durante la transcripción.

capítulo

Niveles de organización de la cromatina en eucariontes Se definen 5 niveles de organización: 1. 2. 3. 4. 5.

ADN dúplex o doble hélice desnuda. Hebra nucleosomal. Fibra de cromatina. Dominios cromosómicos. Cromosoma metafásico.

Representación de diferentes niveles de organización del ADN Doble hélice de ADN

2 nm

Formas de cuentas de collar de la cromatina

11 nm

Fibra de nucleosomas empaquetadas (solenoide)

30 nm

Dominios en bucle

300 nm

Espirales condensadas

700 nm

Cromosoma en metafase

1.400 nm

Los cromosomas metafásicos representan el estado de máxima condensación del material genético. Tienen un espesor aproximado de 1.400 nm.

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Preuniversitarios

• Eucromatina y Heterocromatina: Mediante técnicas de tinciones se ha demostrado que la cromatina en interfase puede encontrarse en un estado condensado (heterocromatina) o en una forma dispersa (eucromatina). La heterocromatina generalmente se ubica por debajo de la carioteca, en la periferia del núcleo, mientras la eucromatina se ubica más central. Es en esta última donde se encuentra la actividad transcripcional del ADN. La diferencia entre ambas radica en que la primera (heterocromatina) es un ADN no funcional o mejor dicho no transcripcional, mientras que la eucromatina es transcripcional. De lo anterior, se desprende que si observamos una célula que está en intensa síntesis de proteínas, el núcleo deberá presentar predominio de eucromatina. Cuando el núcleo entra en división, la fibra de cromatina comienza a enrollarse (condensarse) hasta constituir los cromosomas.

3.5.3 Cromosomas Son estructuras constituidas por cromatina condensada que se observan solamente durante la división celular. Todo cromosoma presenta una constricción primaria o centrómero, cuya posición determina el largo de los brazos de los cromosomas. De acuerdo con la posición del centrómero, los cromosomas se clasifican en cuatro tipos:

Capítulo 1

1. 2. 3. 4.

Organización, estructura y actividad celular

Metacéntrico: los brazos son iguales. Submetacéntrico: los brazos son de distinto largo. Acrocéntrico: un brazo muy corto. Telocéntrico: el centrómero está en uno de los extremos. Clases de cromosomas por la posición del centrómero

Metacéntrico

Submetacéntrico

Acrocéntrico

Telocéntrico

• Nomenclatura de los componentes del cromosoma: La citogenética ha permitido describir los componentes del cromosoma a través de una serie de términos que a continuación se explican: - Cromátida: En la metafase cada cromosoma está compuesto por 2 elementos simétricos. Cada uno corresponde a una cromátida, formada por solo una molécula de ADN que está en su máximo estado de compactación. Luego en la anafase mitótica estas cromátidas hermanas se separan y el cromosoma queda formado por solo una cromátida.

Cromátida

- Centrómero: Es el lugar donde se unen las dos cromátidas hermanas. Región del cromosoma donde convergen las fibras del huso mitótico. Se reconoce por un estrechamiento del cromosoma y porque puede tener distintas posiciones. La zona de estrechamiento se denomina constricción primaria. - Cinetocoro: Corresponde a un disco proteico que se encuentra dentro del centrómero, donde se unen específicamente las fibras del huso mitótico durante la división celular para arrastrar las cromátidas a polos opuestos.

Fibras cinetocóricas

Cinetocoro

Componentes de un cromosoma

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- Telómero: Este término se refiere a los extremos de los cromosomas. Tiene la propiedad de estabilizar el cromosoma impidiendo su unión con otro cromosoma distinto. Además los telómeros evitan que los cromosomas se unan en las puntas durante una división celular.

Centrómero

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- Cromómeros: Son acúmulos de material cromatínico que aparecen como cuentas de collar y que participan en el apareamiento de los cromosomas homólogos en la meiosis como preludio del entrecruzamiento o recombinación genética o crossing-over. Cuando un par de cromosomas homólogos hacen crossing-over, se unen los dos cromosomas en todos los puntos donde poseen cromómeros en la misma altura.

Cromátida

capítulo

- Constricción secundaria: Son constantes en posición y tamaño y resultan útiles para identificar un cromosoma en particular. Hay ciertas constricciones secundarias que se conocen como organizadores nucleolares (NOR) y que codifican para ARN ribosomal e inducen la formación de los nucléolos. - Satélites: Es otro elemento morfológico presente en algunos cromosomas, que se presenta como un cuerpo esférico separado del resto por una constricción secundaria. Todas las células de un individuo de una misma especie tienen el mismo número de cromosomas. Cada cromosoma está en dosis doble (par) y cada miembro del par se denomina cromosoma homólogo.

Todas las células somáticas (células que constituyen un individuo, a excepción de las células sexuales o germinales) tienen dos juegos de cromosomas y se las designa como diploide cuyo símbolo es 2n. Los gametos o células sexuales tienen solo un juego cromosómico, denominándose células haploides, y se simbolizan como n. El número diploide de cromosomas es característico de la especie. Todos los individuos de una misma especie tienen igual condición diploide, pero este se puede repetir en dos o más especies. En tal caso los cromosomas se diferencian por su morfología y tamaño. El cariotipo comprende todas las características de un conjunto cromosómico. Este nombre se refiere al grupo de características que permiten la identificación de un conjunto cromosómico, como número de cromosomas, tamaño relativo, posición del centrómero, largo de los brazos, constricciones secundarias y satélites, etc. El cariotipo es característico de una especie de un A B género o de grupos más amplios y se representa por la serie ordenada de los pares homólogos de tamaño decreciente. Las células humanas somáticas poseen 46 cromosomas, es decir, 46 moléculas de ADN, de los cuales 22 pares son autosomales (cromosomas no sexuales que se dividen en 7 grupos que se identifican con letras de A hasta G; cada par de cromosomas se numera y se ordenan de mayor a menor) y un par de cromosomas sexuales. En la mujer los dos miembros del par sexual son idénticos entre sí, pero distintos en el varón.

Núcleo

Eucromatina

Preuniversitarios

Envoltura nuclear

CPECH

G X

Cariotipo de hombre

3.5.4 Nucléolo

Lámina nuclear

Heterocromatina Nucléolo Poro nuclear

Retículo endoplasmático Ribosomas

En el núcleo interfásico también se encuentran uno o más cuerpos esféricos que se tiñen fuertemente y que se denominan nucléolos. Están constituidos por ARN de tipo ribosomal, además de proteínas ribosomales (ribonucleoproteínas) y ciertos segmentos de ADN (donde se encuentran los genes para ARNr). El número de nucléolos es el mismo para todas las células de un individuo y para todos los individuos de una misma especie. Su tamaño varía según el estado funcional de la célula. Este organelo desaparece durante la división celular (mitosis o meiosis).

Capítulo 1

Organización, estructura y actividad celular

En los nucléolos se sintetiza el ARNr y además se ensamblan las subunidades ribosomales. Las proteínas ribosómicas sintetizadas en el citosol pasan al interior del núcleo y a nivel de lo nucléolos se unen a distintas moléculas de ARNr, dando origen a las subunidades que constituyen a los ribosomas.

Actividades 1. Si el núcleo de una célula tiene la mayor parte de su cromatina como eucromatina y un gran nucléolo, ¿qué podrías concluir de la actividad de esta célula y por qué? 2. Completación a. Un cromosoma con los dos brazos del mismo tamaño se llama ___________________.  b. La cromatina está constituida por ___________________ asociado a proteínas ___________________ . c. La síntesis de ARNr se realiza en el ___________________ . d. Las células somáticas tienen un juego ___________________ de cromosomas. 3. Verdadero o Falso. a. El cariotipo de una especie es constante. b. El NOR se ubica en la constricción primaria. c. Todas las células de un individuo son 2n. d. Los telómeros son los extremos de los cromosomas. e. En la especie humana la dotación cromosómica de un macho será 2n= 44 + xy. f. Los cromosomas y la cromatina son lo mismo. 4. Dibuja un cromosoma submetacéntrico, en metafase, e indica todas las estructuras que en él se distinguen.

3.6 Ciclo celular

Preuniversitarios

En el ciclo celular pueden distinguirse dos fases fundamentales: la interfase y la división celular (mitosis y meiosis). En este capítulo solo se revisará el proceso mitótico, pues el meiótico será analizado durante el capítulo de reproducción.

CPECH

Una característica de las células es su capacidad para reproducirse, dando origen a otras células. Toda célula puede hallarse multiplicándose o en reposo. Si la célula está dividiéndose, al terminar de hacerlo entrará en reposo por un tiempo variable, para luego dividirse otra vez. Este fenómeno de características cíclicas se conoce como ciclo celular. La duración y las características del ciclo celular son variables y dependen del tipo de célula y de las circunstancias en que se desarrolla.

capítulo

3.6.1 Interfase

G1 Período de crecimiento celular

r te

Se dice que es el período de reposo reproductivo del ciclo celular, por el que pasan las células entre una mitosis y la siguiente. En él, las células tienen trabajando su batería enzimática en la producción de sustancias y en la realización de tareas específicas. Corresponde, entonces, al período en que las células desarrollan sus actividades. La interfase puede ser dividida en 3 etapas: G1, S, y G2. Es la etapa que implica un mayor tiempo de desarrollo comparada con la división celular.

S Período de duplicación de ADN

fase Telo fase e Ana fas eta M

ito s

Pr of

`````

lasma

División citop

G2 Período posterior a la duplicación del ADN; célula preparándose para la división celular

a. Etapa G1 Es una etapa de crecimiento celular. Al terminar la mitosis, la célula entra en G1, preparándose para la vida que se le antepone. La célula comienza a fabricar elementos e implementa mecanismos para desarrollar su vida útil (diferenciación o especialización). Así, por ejemplo, la célula intestinal sintetizará enzimas necesarias para la digestión intestinal. Esta etapa de intenso trabajo funcional tendrá una duración variable (horas, días, años), según sea la velocidad de recambio celular del tejido y el grado de diferenciación celular. Algunas células pueden salir del ciclo en este período hacia una etapa conocida como G0. Muchas de estas células alcanzan un grado de diferenciación máximo y ya no pueden volver al ciclo; su único destino es la muerte. Ej: las neuronas quedan en período Di (diferenciación irreversible).

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Al final de esta etapa, los centríolos comienzan a separarse y a duplicarse.

b. Etapa S Las células que van a dividirse entran al período S, donde ocurre la replicación de su ADN (pero sin aumentar en el número de cromosomas). La cantidad de ADN de una célula se denomina con la letra c; una célula diploide tendrá un contenido de ADN igual a 2c, luego del período S (duplicación del ADN) el contenido será de 4c, de manera que durante la mitosis

Capítulo 1

Organización, estructura y actividad celular

las 2 células hijas quedan con un contenido de ADN de 2c. Durante este período también se sintetizan las proteínas nucleares (histonas y no histonas). La duración de esta etapa depende del contenido de ADN de la célula.

c. Etapa G2 En esta etapa se fabrican proteínas importantes para la división celular, como actina para el estrangulamiento de células animales e histonas para condensar el ADN. Una vez que la célula ha terminado de duplicar su material genético entra en la etapa G2 del ciclo celular. Aquí se producen los preparativos para la división celular: se completa la duplicación de los centríolos, la producción de precursores de huso mitótico, etc. La célula es indiferenciada a este nivel, aunque algunas poblaciones celulares permanecen un tiempo realizando funciones específicas fuera del ciclo (Go2). Pero bajo determinadas circunstancias, como, por ejemplo, cuando se daña un órgano del cuerpo, pueden reintegrarse al ciclo entrando en división, como las células hepáticas y las células óseas. Las células germinales salen del ciclo celular en esta fase, y no vuelven a reintegrarse puesto que siguen hacia un tipo muy especial de división denominada meiosis. En los tejidos, la división celular permite el crecimiento y reposición de elementos perdidos. Sin embargo, a veces una célula o un grupo de células comienza a multiplicarse rápida y descontroladamente, de modo que, en un lapso variable de tiempo, gran parte del tejido será indiferenciado (tienen G1 muy corto). Esto es el cáncer, en el que las células pierden su función (son indiferenciadas), invaden otros tejidos (metástasis), comprimen órganos vecinos, etc. El adecuado desarrollo de un organismo pluricelular no solo depende de la correcta regulación del ciclo y la división celular, sino también de la muerte programada de algunas células específicas, mecanismo denominado apoptosis. Los mecanismos que controlan el ciclo celular se encuentran alterados en ciertas células, como las tumorales. Esto provoca su proliferación descontrolada y puede dar lugar al desarrollo del cáncer.

3.6.2 División celular o mitosis La división celular es un fenómeno regular, a través del cual a partir de una célula progenitora se originan dos células hijas idénticas, conservándose el número cromosómico (2n) y el contenido de ADN (2c). La mitosis se refiere, principalmente, a la división del núcleo (cariocinesis), mientras que la división del citoplasma se denomina citodiéresis. La mitosis se puede dividir en 4 etapas: a. Profase La cromatina comienza a condensarse para constituir los cromosomas, desaparece el nucléolo. Los centríolos emiten fibras llamadas áster y comienzan a migrar a los polos formándose de esta manera el huso mitótico. Al final de la profase (prometafase) desaparece la envoltura nuclear, los cromosomas se acortan y engruesan y el huso mitótico se encuentra completamente formado.

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Se evidencian claramente los cromosomas, los cuales se ordenan en la línea media de la célula formando la placa ecuatorial metafase terminal. Las fibras del huso se insertan a nivel del centrómero, en una estructura llamada cinetocoro.

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b. Metafase

capítulo

c. Anafase

Mitosis: profase temprana

El centrómero de cada cromosoma se separa. Luego las 2 cromátidas se separan, siendo cada una atraída hacia polos opuestos. Las fibras del huso traccionan las cromátidas, produciéndose la migración de los cromosomas. d. Telofase

Mitosis: profase tardía

Mitosis: metafase

Al iniciarse la telofase, los cromosomas ya alcanzaron los polos opuestos y el huso comienza a dispersarse, se reorganiza la carioteca alrededor de los dos conjuntos de cromosomas, los cuales comienzan a descondensarse (constituyendo la cromatina interfásica de cada núcleo de las células hijas); en cada núcleo reaparecen los nucléolos. La citodiéresis o citocinesis habitualmente conocido como división del citoplasma acompaña a la mitosis (o división del núcleo). Se evidencia por un surco que aparece en la membrana plasmática, ubicado en un plano ecuatorial perpendicular al huso; este es generado por un anillo de microfilamentos unidos a la membrana. El surco se contrae hasta alcanzar un diámetro pequeño, estrangulando el citoplasma. Finalmente, las células hijas se separan, distribuyéndose el citoplasma y los organelos de modo más o menos equitativo. Algunas de las causas de la división celular son las siguientes:

Mitosis: anafase temprana

• Cuando la relación tamaño del núcleo-tamaño del citoplasma se desequilibra, la división celular restituye el equilibrio. • Sustancias producidas por células que han sufrido una lesión (necrohormona), inducen división de células próximas. • Algunas sustancias químicas como el nitrato de manganeso inducen división de algunos ciliados.

Mitosis: anafase tardía

La mitosis en las células vegetales es igual a la descrita para las células animales, excepto por 2 diferencias:

Mitosis: telofase tardía

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• Las células vegetales no tienen centríolos y el huso mitótico se organiza a partir de los llamados centros amorfos de la célula (centro organizador nucleolar).

Citocinesis

• Durante la citocinesis se organiza un tabique celular en la región ecuatorial, el cual se forma de la siguiente manera: diversas vesículas, producidas por los complejos de Golgi, migran hacia el plano ecuatorial, donde se fusionan, formando una estructura plana limitada por una membrana y la placa celular. A medida que se agregan más vesículas, los bordes de la placa en crecimiento se fusionan con la membrana, de la célula, formándose una capa de polisacáridos entre las dos células hijas, completándose su separación. Cada nueva célula construye así su propia pared celular, depositando celulosa y otros polisacáridos sobre la superficie externa de la membrana celular.

Capítulo 1

Organización, estructura y actividad celular

Consecuencias de la mitosis: • Para organismos pluricelulares permite la reparación de tejido y el crecimiento. • Para organismos unicelulares eucarióticos, permite la reproducción, pero sin variabilidad.

3.6.3. Control del crecimiento y la reproducción celular Sabemos de la existencia de distintas poblaciones celulares. Hay aquellas que están en continua división como las células precursoras de células sanguíneas, capas germinales de la piel. Otras, como las del hígado o músculo liso, pueden no reproducirse durante años y otras pocas células, como las neuronas y músculo estriado, no se reproducen en toda la vida de una persona, salvo en el período fetal. Hay tejidos en los que la disminución del número de células hace que estas crezcan y se reproduzcan rápidamente hasta que su número sea el adecuado. Por ejemplo, se pueden extirpar siete octavos (87,5%) del hígado de ratón y las células del octavo restante crecerán y se dividirán hasta que la masa hepática vuelva a ser prácticamente normal. Lo mismo sucede con casi todas las células glandulares, de la médula ósea, del tejido subcutáneo, del epitelio intestinal y de casi cualquier tejido, a excepción de las células muy diferenciadas, como las nerviosas y las musculares. Los experimentos han demostrado al menos 3 métodos de control de crecimiento: 1º. Factores de crecimiento provenientes de otros lugares del organismo. Por ejemplo, factores de crecimiento epidérmicos. 2º. Inhibición por contacto: El crecimiento suele detenerse cuando el espacio disponible disminuye o se agota. 3º. Retroacción negativa: El crecimiento a menudo se detiene cuando se permite la acumulación de mínimas cantidades de sus propias secreciones.

3.6.4 Diferenciación celular El significado de la diferenciación celular está en que representa una modificación de las propiedades físicas y funcionales de las células a medida que proliferan en el embrión, para dar lugar a las diferentes estructuras corporales. La diferenciación es el resultado no de una pérdida de genes sino de una activación y/o represión selectiva de diferentes sistemas genéticos. La célula en sí conserva toda la información genética, lo que queda demostrado en el siguiente experimento: la implantación quirúrgica del núcleo de una célula de la mucosa intestinal de rana en un óvulo de rana del que se ha extraído el núcleo original suele conducir a la formación de una rana normal. Esto demuestra que incluso la célula de la mucosa intestinal, que es una célula bien diferenciada, contiene todavía toda la información genética necesaria para el desarrollo de todas las estructuras necesarias del cuerpo de la rana.

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capítulo

3.6.5 Regulación del ciclo celular En general, en todos los organismos es importante que las células se dividan solo cuando hayan alcanzado un tamaño suficiente, asegurando que las células hijas contengan todos los elementos necesarios para su supervivencia. Varios factores ambientales, incluyendo la falta de nutrientes o los cambios de temperatura o pH, pueden hacer que las células detengan su crecimiento y su división. En el caso de los multicelulares, el contacto con células contiguas puede tener el mismo efecto. Por otro lado, la coordinación del crecimiento en organismos pluricelulares depende de otras variables, como la presencia de hormonas, de factores de crecimiento y de la interacción célula-célula y célula-matriz extracelular.

En cierto momento del ciclo celular la célula “decide” si va a dividirse o no. Cuando las células normales cesan su crecimiento, por el efecto de diferentes factores, se detienen en un punto tardío de la fase G1. Este punto se conoce como punto R (restricción) del ciclo celular. Una vez que las células sobrepasan el punto R, están obligadas a seguir el resto de las fases del ciclo, y luego a dividirse. El sistema de control del ciclo celular está basado en dos proteínas claves, las ciclinas y las proteínas quinasas dependientes de ciclinas (Cdk), que responden a la integración de señales. Las proteínas Cdk, como todas las quinasas, actúan activando otras proteínas por fosforilación y se encuentran en todas las células eucariotas durante todo el ciclo celular. Las ciclinas son proteínas activadoras que se unen a las quinasas y regulan su actividad. El nivel de ciclinas varía a lo largo del ciclo, ya que su concentración aumenta en determinados momentos y disminuye por degradación, en otros. La unión de las Cdk con las ciclinas, su activación y separación constituyen un proceso cíclico que dirige la sucesión de la distintas etapas del ciclo celular. Existen varios tipos de ciclinas: las ciclinas de G1 y las ciclinas mitóticas. Las ciclinas de cada uno de estos tipos actúan en la fase correspondiente del ciclo celular.

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La ciclina mitótica se acumula en forma gradual durante G1 y se une a la quinasa formando el complejo Cdkciclina, denominado también “factor promotor de la mitosis (FPM)”. Este complejo fosforila ciertas proteínas específicas, induciendo los cambios estructurales que conducen a la mitosis, tales como la condensación de los cromosomas, la organización del huso mitótico, entre otros. El complejo Cdk-ciclina es rápidamente inactivado durante la mitosis por degradación de la ciclina mitótica.

Capítulo 1

Organización, estructura y actividad celular

Conceptos fundamentales

1. Célula: Unidad estructural y funcional de todos los seres vivos. Corresponde a la unidad mínima capaz de expresar las características básicas de los seres vivos: reproducción, irritabilidad, metabolismo, crecimiento, etc. 2. Célula eucarionte: Tipo celular caracterizado por la presencia de un núcleo definido, producto de la mayor organización interna, determinada por la presencia de diferentes compartimientos membranosos. Corresponde a organismos animales, vegetales, hongos y protistas. 3. Célula procarionte: Tipo celular caracterizado por la ausencia de una región delimitada como núcleo y que no tiene una organización membranosa que le permita separar las distintas funciones celulares. Corresponde a organismos como las bacterias. 4. Meiosis: Forma de división celular caracterizada por la reducción de la cantidad de información genética a la mitad, con la consecuente formación de células haploides. Esta forma de división es característica de células germinales y aporta variabilidad genética por recombinación genética. 5. Membrana: Estructura celular que delimita a la célula. Participa de los procesos de transporte, transducción de señales y reconocimiento celular. 6. Mitosis: Proceso de división celular de tipo ecuacional, es decir, conserva la cantidad de información genética. Además, mantiene la calidad de la información genética, o sea, no presenta variabilidad genética. Es una forma de división propia de células somáticas. 7. Organelo: Estructura subcelular que cumple funciones específicas, por ejemplo, núcleo, retículo endoplasmático, lisosomas, etc. 8. Permeabilidad selectiva: Comportamiento que presenta la membrana celular con respecto al transporte de sustancias. Se basa en la propiedad de la membrana para presentar distintos comportamientos según la naturaleza de la sustancia a transportar y el estado de actividad de la célula. 9. Transporte activo: Forma de transporte a través de membrana que se realiza en contra del gradiente de concentración. Por lo tanto, gasta energía en forma de ATP. 10. Transporte pasivo: Forma de transporte a través de membrana que ocurre a favor del gradiente de concentración y, por tanto, no gasta energía.

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CO2 O2 C6H12O6 C5H10O5 NH3 Molécula

Ácido Nucleico

Proteínas Retículo endoplasmático

Ribosomas

Lípidos

Organelo

Aparato de Golgi

Polisacárido

Macromolécula

Célula

Tejido

Órgano

Bipartición

procariontes

Mitosis y/o meiosis

eucariontes

Reproducción

Homeostasis

Adaptación

Metabolismo

Crecimiento

Síntesis de contenidos

Sistema

El material genético (ADN)

contiene...

Núcleo

cumple funciones de...

Organelos

Preuniversitarios

Na K Fe Cl O C Átomo

Citoesqueleto

Citoplasma

Células Eucariontes

capítulo

Membrana celular

Células Procariontes

Membrana celular

Citosol

Se organizan en...

presentan...

la misma organización o modelo

Se organizan en... Citoplasma contiene...

Ribosomas y el material genético (ADN)

vMicrofilamentos vFilamentos intermedios vMicrotúbulos funciones de...

Sistemas de endomembrana: vRetículo endoplasmático vAparato de Golgi vLisosomas vMitocondrias vPeroxisomas vVacuolas vCloroplastos vRibosomas

funciones de... vTransporte vReconocimiento celular vAdhesión celular vRecepción de señales

vForma celular vMovimiento vContracción muscular vDivisión Celular

CPECH

Capítulo 1

Organización, estructura y actividad celular

Ejercicios Ejercicios resueltos 1. Respecto a la membrana plasmática, es correcto afirmar que I) está constituida por una bicapa lipídica. II) hay proteínas insertas en ella. III) es selectiva al paso de substancias. A) B) C) D) E)

Solo l Solo ll Solo l y ll Solo ll y lll l, ll y lll

Correcta: E Habilidad: Reconocimiento Defensa: El modelo de mosaico fluido plantea que la base de la membrana está constituida por una bicapa lipídica, en la cual se insertan distintos componentes, tales como las proteínas, de disposición integral o periférica. Del punto de vista del comportamiento que tiene la membrana es selectiva al paso de sustancias, ya que sustancias de gran tamaño son filtradas, no pudiendo atravesar la membrana.

La importancia de la aparición de los cromosomas en la división celular es I) favorecer la formación de proteínas específicas de la mitosis. II) permitir una repartición equitativa del material genético. III) generar las condiciones para la división celular. Es (son) correcta(s) A) B) C) D) E)

solo l. solo ll. solo lll. solo l y ll. l, ll y lll.

Correcta: B Habilidad: Comprensión Defensa: Los cromosomas corresponden al estado compactado del material genético, por lo tanto no pueden llevar a cabo ninguna de las funciones propias del ADN, como por ejemplo la replicación, la transcripción. Este estado de cromosoma tiene como fin permitir la repartición equitativa del material genético durante la división celular.

2. La glucosa, ayudada por una proteína, se incorpora a las células a favor de su gradiente de concentración, por tanto, no requiere de una fuente adicional de energía; este mecanismo se llama

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Correcta: C Habilidad: Reconocimiento Defensa: De acuerdo al enunciado de la pregunta el transporte se produce a favor del gradiente de concentración y con ello se trata de un mecanismo de difusión, es decir transporte pasivo.

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A) endocitosis. B) diálisis. C) difusión. D) pinocitosis. E) osmosis.

capítulo

Ejercicios

El siguiente gráfico muestra el transporte de un ión (Na+) y como es afectado por un inhibidor de la síntesis de ATP.

A una célula en etapa G2 se le aplica una droga que inhibe específicamente la replicación de su ADN. ¿Cuál de los siguientes gráficos representa los efectos de tal situación?

Administración de ATP al medio extracelular

Administración de ATP al medio intracelular

Cantidad de ADN

Flujo de salida de Na

Cantidad de ADN

Administración inhibidor síntesis de ATP

4c 2c c

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Correcta: E Habilidad: ASE (Análisis, síntesis y evaluación) Defensa: El sodio se transporta activamente, ya que al inyectar el veneno metabólico el flujo de sodio se interrumpe. Este veneno tiene efecto sobre la síntesis de ATP. Antes de la segunda hora, cuando se inyecta el ATP extracelularmente el flujo de sodio no se repone, en cambio cuando se administra en el medio intracelular el flujo se repone. El transporte en contra de gradiente de concentración lo realizan siempre bombas, que son proteínas de membrana.

Cantidad de ADN Cantidad de ADN

Solo I Solo II Solo III Solo I y II Solo I y III

Cantidad de ADN

Preuniversitarios

A) B) C) D) E)

4c 2c c

Respecto al gráfico es correcto afirmar que I) el sodio se transporta activamente. II) la inyección extracelular de ATP repone el transporte de sodio. III) la proteína transportadora involucrada utiliza ATP intracelularmente

4c 2c c

Correcta: B Habilidad: Aplicación Defensa: Si la sustancia se aplica en G2 la duplicación del ADN ya ha ocurrido, por tanto no tiene efecto sobre ella y proseguirá el ciclo celular normalmente. En mitosis se produce la disminución del número de cadenas de ADN a 2c que es lo que se encuentra en G1.

Capítulo 1

Organización, estructura y actividad celular

Ejercicios

Ejercicios propuestos

Se realizó la siguiente experiencia: núcleo

1. ¿Cuál(es) de las siguientes es (son) una propiedad(es) emergente(s) de las mitocondrias?

1ª mitosis

I) Fosforilación oxidativa. II) Reacciones catabólicas. III) Metabolismo. A) B) C) D) E)

I) Crecimiento. II) Reproducción. III) Reparación de tejidos. Solo I Solo II Solo III Solo I y III I, II y III

Transplante a útero de rata negra

mitosis

Transplante a útero de rata pintada

De acuerdo a la experiencia realizada, ¿qué descendencia cabría esperar para la rata negra y pintada respectivamente? A) B) C) D) E)

Rata negra – rata pintada Rata negra – rata blanca Rata blanca – rata blanca Rata blanca – rata pintada Rata negra – rata negra

CPECH

A) B) C) D) E)

Separación de células embrionarias

Solo I Solo II Solo III Solo I y II I, II y III

¿Qué función(es) cumple organismos multicelulares?

Célula huevo de una rata blanca (albina)

Preuniversitarios

capítulo

Ejercicios

La siguiente figura representa una etapa de la mitosis, de acuerdo a ella, ¿qué deberá ocurrir inmediatamente a continuación de ésta?

Del ciclo celular se puede aseverar que I) sus etapas son G1 - S - G2 y M. II) su realización es en el interior del núcleo. III) en el período S hay duplicación del material hereditario. A) B) C) D) E)

Solo l Solo II Solo III Solo I y III l, ll y lll

I) Regeneración de la membrana nuclear. II) Separación de cromátidas hermanas. III) Migración de cromátidas a polos opuestos de la célula. Es (son) correcta(s) A) B) C) D) E)

solo I. solo II. solo III. solo I y III. solo II y III.

Aplicación

Comprensión

Alternativa

Número

Habilidad

CPECH

Reconocimiento

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Respuestas correctas

Capítulo 2

Reproducción y Desarrollo Aprendizajes Esperados Describir los procesos de reproducción asexuada y sexuada. Explicar cada etapa de la meiosis, sus implicancias biológicas y su importancia en la gametogénesis. Conocer la espermatogénesis y ovogénesis. Diferenciar los procesos de espermatogénesis y ovogénesis. Describir el proceso de fecundación. Comprender el funcionamiento del aparato reproductor masculino y femenino. Describir y comprender el desarrollo embrionario. Describir y explicar los cambios hormonales que se presentan durante el parto. Describir los cambios hormonales que desencadenan la producción y secreción de leche materna. Conocer y analizar el efecto de los principales métodos hormonales utilizados en el control de la fertilidad en la mujer. Comprender el funcionamiento de los principales métodos hormonales utilizados en la promoción de la fertilidad en la mujer.

La vida comenzó hace más de 3.000 millones de años y desde entonces se transmitió de organismo a organismo, generación tras generación, hasta el presente, y se proyecta hacia el futuro, más allá de lo que la mente humana puede avizorar.

capítulo

Reproducción y desarrollo

Introducción En este capítulo consideraremos el proceso por el cual se producen nuevos individuos que mantienen la continuidad de la especie. Este proceso que da origen a nuevos seres vivos se conoce como reproducción. La reproducción es una característica esencial de los seres vivos la cual permite la transmisión de la información genética de una generación a otra perpetuando así la especie. En los descendientes, esta información se expresa en forma ordenada y secuencial, traduciéndose en estructuras y funciones específicas, proceso denominado desarrollo. La reproducción puede ser de dos tipos: asexuada y sexuada. Estos dos tipos de reproducción tienen diferencias fundamentales. En la reproducción asexuada, el progenitor transmite a la descendencia la misma información genética que él tiene. Los hijos son genéticamente idénticos a los padres (constituyen clones), por lo que no presentan variabilidad genética. La única variación posible es por medio de mutaciones. Esta desventaja debido a la falta de variabilidad, vuelve a todos los individuos muy susceptibles a los cambios ambientales. Sin embargo, este tipo de reproducción presenta una ventaja biológica, ya que ocurre con gran economía y en gran cantidad. En la reproducción sexuada, todos los descendientes de un par de progenitores son genéticamente diferentes puesto que se fusionan dos células (gametos), cada una con una información genética distinta. En este tipo de reproducción hay un notable aumento de la variabilidad génica. La reproducción sexual involucra la formación de gametos mediante un tipo de división celular llamada meiosis; gracias a este mecanismo de división, los gametos resultantes son haploides (n). De esta manera, al fusionarse (fecundación) se produce una célula con el número cromosómico de la especie (diploide, 2n) llamada cigoto, la cual comienza a dividirse y a desarrollarse hasta constituir un nuevo individuo, proceso conocido como desarrollo.

1. Reproducción asexuada Involucra a un solo progenitor, del cual se originan seres idénticos a él. Es muy frecuente en organismos unicelulares. También está presente en organismos multicelulares, principalmente en vegetales. La reproducción asexual es más rápida en el tiempo, es decir, originándose un gran número de organismos en corto tiempo. Existen diferentes tipos de reproducción asexuada:

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1.1 Fisión o bipartición

Mecanismo reproductivo frecuente en unicelulares. La célula progenitora se divide en dos, mediante una simple división celular. Cada célula hija tiene la mitad del tamaño de la progenitora (luego crecen hasta alcanzar el tamaño normal). Este tipo de reproducción es común en procariontes y protozoos (tripanosoma, euglena, ameba, etc.). Ameba

Capítulo 2

Reproducción y desarrollo

1.2 Yemación Proceso reproductivo en el cual la célula madre o progenitora divide su núcleo, dando origen a dos células hijas de diferente tamaño. Sobre la célula madre se forma una protuberancia o yema, que comienza a crecer aumentando la masa citoplasmática y finalmente se separa, transformándose en un organismo autónomo de menor tamaño. Ejemplo: levaduras (hongo unicelular). La yemación también está presente en organismos pluricelulares inferiores, como la Hydra de agua dulce; en ella aparece un pequeño brote o yema en su superficie externa, que después de un período variable de tiempo se desprende. En algunos organismos las yemas no se desprenden de las células progenitoras y pasan a constituir colonias.

1.3 Esporulación o escisión múltiple Consiste en una serie de mitosis sucesivas que llevan a la formación de numerosos núcleos dentro de la célula progenitora. En un momento dado cada uno de estos núcleos se rodea de fragmentos de citoplasma y de membrana, originándose un gran número de células muy pequeñas llamadas esporas. Al ser depositadas en, el ambiente pueden mantenerse en un estado de vida latente, hasta que las condiciones son favorables para permitir su desarrollo. Este tipo de reproducción es típico de hongos así como también en algunos protozoos, como el Plasmodium malariae (que transmite la malaria o fiebre amarilla).

1.4 Fragmentación Es una forma de reproducción asexual presente en muchos vegetales y en algunos animales pluricelulares, en el cual cada fragmento del organismo, al presentar el rompimiento de su estructura, tendrá la capacidad de regenerar al individuo completo. Algunos organismos que presentan este tipo de reproducción son, por ejemplo, las planarias y las famosas “patillas” de claveles, rosas, hortensias, etc.

Actividades 1. Define con sus propias palabras el término reproducción. 2. ¿Cuáles son las diferencias fundamentales entre reproducción sexuada y asexuada? 3. Explica y menciona un ejemplo de los siguientes mecanismos de reproducción asexuada: a. Bipartición b. Yemación c. Esporulación d. Fisión binaria

CPECH

4. Explica con tus propias palabras el significado de la reproducción en una especie determinada.

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capítulo

2. Reproducción sexuada Sabías que... El seudohermafroditismo masculino y femenino consiste en la ambigüedad del fenotipo genital y en la discordancia entre el sexo gonadal y el genital. Los individuos XY con testículos normales pueden segregar cantidades inadecuadas de testosterona y presentarán características parcialmente masculinas y parcialmente femeninas. Por ejemplo, escroto normal, pero pene incompletamente fusionado. Puede ser más grave si no se desarrollan los conductos de Wolf y presentan genitales externos totalmente femeninos.

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Preuniversitarios

Un individuo XX con ovarios normales si está expuesto a niveles altos de andrógenos presentes en la circulación materna, presentará grados variables de masculinización de sus genitales externos. Así, el clítoris puede adquirir, el tamaño de un pene, y los labios mayores podrían estar fusionados parcialmente.

La presencia del cromosoma X extra en un individuo XXY no altera el patrón externo masculino normal, pero anula prácticamente la espermatogénesis en la pubertad y disminuye (algo) la síntesis de testosterona.

La reproducción sexuada involucra la presencia de 2 sexos diferentes, machos y hembras, y de un mecanismo especial de reproducción celular conocido como meiosis. En organismos superiores, este tipo de reproducción involucra la formación de gametos en órganos especializados llamados gónadas. Existe además un aparato reproductor que permite que estos gametos se encuentren y ocurra la fecundación.

2.1 Diferenciación sexual La diferenciación sexual incluye el desarrollo de gónadas, conducto genital interno y genitales externos. Durante las 5 primeras semanas de gestación, sin embargo, las gónadas de varones y hembras son indistinguibles y sus tractos genitales aún no están formados. Entre este estado de gónada indiferenciada y el individuo completo normal de cada sexo, se extiende el proceso de diferenciación sexual. Sexo genético y sexo gonadal La masculinidad viene determinada de modo positivo y dominante por la presencia del cromosoma Y. Sin el cromosoma Y, es imposible el desarrollo testicular y la masculinización de los tractos genitales y de los genitales externos. El cromosoma Y posee el factor determinante del testículo, este factor también se llama “Gen SRY”, cuya función es la diferenciación testicular, permitir que un grupo importante de células germinales comiencen a fabricar la gónada masculina. Este cromosoma también posee el gen que codifica el antígeno H-Y que se encarga de virilizar la gónada indiferenciada. El cromosoma Y es necesario, pero no suficiente por sí solo para la masculinidad. En el cromosoma X se ubica el gen para los receptores de andrógenos (testosterona) que permite la acción de la testosterona sobre los genitales externos. La feminidad viene determinada positivamente por la presencia del cromosoma X, pero también por la ausencia del cromosoma Y. Para la diferenciación femenina basta un solo cromosoma X que dirija la diferenciación sexual. La presencia de gónadas masculinas o femeninas, es decir, testículos u ovarios, define el sexo gonadal. La diferenciación de testículo comienza hacia la 6ª semana de gestación, mientras que la del ovario no lo hace sino hasta la 9ª . Los testículos constan de tres tipos de células: células germinales que producen espermatogonias, células de Sertoli que sintetizan la hormona antimulleriana y células de Leydig que sintetizan testosterona.

Capítulo 2

Reproducción y desarrollo

Los ovarios también poseen tres tipos celulares: células germinales que producen ovogonios, las células tecales y células de la granulosa que sintetizan estradiol.

2.2 Sexo fenotípico Se refiere a las características físicas del conducto genital interno y los genitales externos. En el hombre, el conducto interno incluye próstata, vesículas seminales, conducto deferente y epidídimo. Los genitales externos corresponden al escroto y el pene. En las mujeres los genitales internos son las trompas de Falopio, el útero y el tercio superior de la vagina. Los genitales externos son el clítoris, los labios mayores, los labios menores y los dos tercios inferiores de la vagina. La testosterona estimula la diferenciación de los conductos de Wolff para dar origen al epidídimo, conducto deferente, vesículas seminales y conductos eyaculadores. Los conductos de Wolff son cordones celulares que durante el desarrollo embrionario darán origen a los genitales internos masculinos. Por otra parte, la hormona antimulleriana sintetizada por las células de Sertoli causa la atrofia de los conductos de Müller, que serían los responsables de la formación de los conductos genitales internos femeninos. En ausencia de estas hormonas, testosterona y antimulleriana, se produce la diferenciación femenina.

Desarrollo de órganos internos del aparato reproductor masculino A la 7 semanas de desarrollo embrionario aparece un sistema de conductos indiferenciados

En presencia de cromosoma Y

En ausencia de cromosoma Y

Conducto de Müller

Conducto de Wolf

Testículos

Ovarios

Vagina

Testículo

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Pene

CPECH

Útero Ovario

capítulo

3. Meiosis Sabías que... • En una mujer el diplonema es extraordinariamente largo, puesto que la ovogénesis comienza durante la etapa uterina, quedando detenidos los ovocitos I en esta fase como mínimo, hasta la pubertad.

Crossing - Over Homólogo paterno

Centrómero Cromátidas hermanas Homólogo materno

Par de homólogos

Fibras cinetocóricas

Cinetocoro

Quiasma

La meiosis garantiza que las cuatro células haploides sean genéticamente diferentes entre sí y respecto de la célula progenitora, gracias a dos sucesos que ocurren durante esta división: a. Recombinación génica

Centrómero

Cromátidas hermanas

La meiosis es un tipo de división nuclear y celular que ocurre solamente en las células germinales. Se caracteriza por una duplicación de ADN (período S) y dos divisiones celulares consecutivas. Como resultado aparecen 4 células hijas con la mitad del número cromosómico de la especie, células haploides (n). Este proceso permite que los gametos sean haploides, de manera que cuando se fusionen en la fecundación originen un cigoto diploide (2n) con el número cromosómico típico de la especie.

Durante la primera profase meiótica hay intercambio de ADN entre cromosomas homólogos, lo que se conoce como “crossing-over”, que asegura la recombinación de genes. Este consiste en el intercambio de uno o más segmentos entre los cromosomas homólogos, en forma específica y precisa. En los puntos donde hay entrecruzamiento, un fragmento de cromátida de un homólogo se rompe y se intercambia por un fragmento de cromátida del otro homólogo. Las zonas de ruptura se reparan y, como resultado, las cromátidas hermanas de cada cromosoma homólogo dejan de ser genéticamente idénticas. Por lo tanto, el crossing over es un mecanismo crucial que permite la recombinación del material genético de los progenitores.

b. Separación de los cromosomas al azar Los cromosomas migran hacia los polos. Esta migración es completamente al azar, lo que asegura que todas las células hijas tengan diferente constitución genética o combinación cromosómica (permutación cromosómica).

Tétrada

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3.1 Etapas de la meiosis

La meiosis consiste en dos divisiones nucleares sucesivas, designadas convencionalmente como meiosis I y meiosis II. De la misma manera que en la interfase mitótica, durante la interfase que precede a la meiosis los cromosomas se replican, por lo que al comienzo de la meiosis cada cromosoma está formado por dos cromátidas hermanas idénticas, unidas por el centrómero. a. Primera división meiótica: Meiosis I o reduccional La primera de las dos divisiones nucleares de la meiosis se desarrolla a través de las etapas de profase, metafase, anafase y telofase (a todas ellas se las designa con I para indicar que son subetapas de la meiosis).

Capítulo 2

Reproducción y desarrollo

• Profase I: Es la etapa más larga de la meiosis y se divide en 5 subetapas. - Leptonema: Los cromosomas se presentan laxos (se ven como largos filamentos), con estructuras esféricas dispuestas regularmente a lo largo de todos los cromosomas que se denominan cromómeros, lo que corresponde a empaquetamientos de la fibra de cromatina.

centrómero

nucleólo

- Cigonema: Durante esta etapa los cromosomas homólogos se aparean a todo lo largo, gracias al reconocimiento específico y punto por punto (cromómero a cromómero), a través de un proceso conocido como sinapsis. La sinapsis comprende la formación de una estructura proteica denominada complejo sinaptonémico. De esta manera cada par de cromosomas apareados recibe el nombre de bivalente o tétrada (cuatro cromátidas). Los telómeros de los cromosomas permanecen asociados a la carioteca. - Paquinema: Durante esta etapa, luego de la sinapsis, se produce el intercambio de segmentos entre cromosomas homólogos, conocido como entrecruzamiento o crossing-over, o recombinación genética. - Diplonema: Los cromosomas están más condensados y comienzan a separarse los homólogos, pero permanecen unidos en los lugares donde hubo recombinación. Estos puntos se llaman quiasmas. El quiasma corresponde a la evidencia citológica de que ocurrió el crossing-over (proceso a nivel molecular). El número de quiasmas es variable, ya que pueden aparecer pares de cromosomas homólogos con un solo quiasma y otros con varios. Otro evento que ocurre en esta etapa es la migración de los centríolos hacia los polos de la célula. - Diacinesis: Los cromosomas se condensan al máximo y los quiasmas se hacen terminales manteniendo unidos a los homólogos. Desaparece la carioteca, los centríolos llegan a los polos, aparece el áster y comienza a formarse el huso mitótico.

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• Anafase I: Durante esta etapa, cada miembro del par de cromosomas homólogos migra al polo opuesto, determinado por la distribución al azar de la metafase I. Por lo tanto, se produce la separación de los cromosomas homólogos. Sin embargo, las dos cromátidas hermanas de cada homólogo no se separan como ocurre en la mitosis, sino que permanecen juntas.

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• Metafase I: En esta etapa se forma el huso a lo largo de la célula y los bivalentes se ubican en el plano ecuatorial. La disposición de los cromosomas es diferente a la de la mitosis, ya que los homólogos se disponen a ambos lados del ecuador de la célula, no como en la metafase mitótica que están todos los cromosomas alineados sobre el ecuador. Las distintas combinaciones de los cromosomas homólogos en el ecuador de la célula se denominan permutación cromosómica y contribuye a generar nuevas combinaciones cromosómicas.

capítulo

• Telofase I: En esta etapa los grupos cromosómicos haploides llegan a sus respectivos polos y en torno a ellos no reaparece la carioteca al final de la meiosis I, pues es un gasto energético el hecho de que la célula la recontruya al final de esta etapa y después al principio de la meiosis II la vuelva a destruir. Ello implica un gasto energético para la célula.

La telofase es seguida de la citodiéresis (que, recordemos, es un estrangulamiento de la célula por su porción media en donde interviene el citoesqueleto a través de los filamentos de actina), originándose 2 células hijas con n cromosomas y contenido 2c de ADN. En esta primera división meiótica se ha reducido el número cromosómico y no el número de cadenas de ADN, lo cual ocurrirá en la segunda división meiótica. Entre la primera y la segunda división meiótica hay una corta intercinesis, sin un período S (no se duplica el ADN), y en algunos casos las dos células hijas pueden permanecer unidas. Meiosis I Profase I

Metafase I

Anafase I

Telofase I

b. Segunda división meiótica: Meiosis II o ecuacional Esta etapa se denomina ecuacional debido a que se reparten las dos cromátidas hermanas recombinadas en las células hijas. Esta etapa es más parecida a la mitosis. • Profase II: Es similar a la profase mitótica. Los centríolos migran hacia los polos y se comienza a formar el huso mitótico. • Metafase II: Los cromosomas se ubican en el plano ecuatorial y están en su máxima condensación. En este caso los cromosomas están alineados sobre el ecuador de la célula, tal como ocurre en la mitosis.

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• Anafase II: Se divide el centrómero y cada cromátida hermana migra hacia un polo opuesto de la célula.

• Telofase II: Se reconstituyen los núcleos de las células hijas. Se descondensa el ADN, desaparece el huso meiótico y al final se rearman los nucleólos pues reaparece la carioteca. Después sobreviene una citodiéresis, dando origen a 4 células hijas con n cromosomas cada una (haploides) y un contenido c de ADN (se ha producido la reducción del material hereditario).

Capítulo 2

Reproducción y desarrollo

Meiosis II

(No existe replicación de ADN entre las divisiones)

Profase II

Metafase II

Anafase II

Telofase II

En algunos casos, accidentalmente la segregación o separación de los cromosomas homólogos puede fallar, de manera que los dos homólogos de uno o más pares no se separan y pasan juntos a una de las células hijas; este fenómeno se conoce como no disyunción cromosómica y puede ocurrir tanto en la primera como en la segunda anafase. Como consecuencia, unos gametos contendrán cromosomas de más y otros de menos. Si uno de ellos participa en la fecundación, las células somáticas del nuevo individuo contendrán un número anormal de cromosomas. Estos cuadros llevan a aberraciones o mutaciones cromosómicas numéricas, como, por ejemplo, el Síndrome de Down; En esta enfermedad el individuo presenta células somáticas con 47 cromosomas, ya que existen tres versiones del cromosoma 21 en lugar de dos (trisomía del par 21).

3.2 Consecuencias genéticas de la meiosis Como ya vimos, los procesos más importantes de la meiosis son la reducción del número de cromosomas a la mitad, la recombinación genética y la segregación de los cromosomas paternos y maternos. Así, desde un punto de vista genético, la meiosis asegura la constancia del número específico de cromosomas de la especie, además de generar variabilidad en la descendencia, gracias a los mecanismos de crossing over y permutación cromosómica. Meiosis I

Meiosis II

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célula diploide

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Replicación del ADN

Apareamiento de los cromosomas homólogos

Cuatro células haploides

capítulo

4. Gametogénesis Corresponde al proceso de formación de gametos, el cual tiene lugar en las gónadas. Los testículos en el caso del varón y en los ovarios en el caso de la mujer. En este proceso se distinguen 3 etapas:

a. Etapa de proliferación Corresponde a la división o multiplicación de las células germinales (primordiales) y los gonios. Las células primordiales (que darán origen a los gametos) se ubican tempranamente, durante el período intrauterino, en la gónada. Estas células son diploides y durante esta etapa se dividen por sucesivas mitosis, dando origen a numerosas células más pequeñas llamadas gonios (ovogonios y espermatogonios).

b. Etapa de crecimiento Los gonios son células muy pequeñas y con pocas reservas nutricias, por lo que son capaces de entrar en una etapa de crecimiento que los transforma en citos primarios (espermatocito I y ovocito I).

c. Etapa de maduración Durante esta etapa se lleva a cabo la meiosis. Como producto de la primera división se obtienen los citos secundarios (espermatocitos II y ovocitos II), luego sobreviene la segunda división meiótica originándose las células haploides, que en los machos son las espermátidas y en las hembras los ovocitos II. En el caso de la espermatogénesis, las espermátidas aún tienen que sufrir una cuarta etapa de diferenciación para convertirse en espermatozoides: la espermiohistogénesis. Lo explicado en líneas anteriores se cumple en general para ambos sexos, pero hay una serie de diferencias entre la espermatogénesis y ovogénesis, que serán tratadas a continuación.

5. Ovogénesis 5.1 Características generales

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Las células germinativas masculinas y femeninas son descendientes directos de las células germinativas primordiales, que en los embriones humanos aparecen en la pared del saco vitelino (anexo embrionario) hacia el final de la tercera semana de desarrollo. Estas células migran por movimientos ameboideos desde el saco vitelino a las gónadas en desarrollo, a las cuales llegan hacia el final de la cuarta o comienzo de la quinta semana.

En la mujer, la etapa de proliferación ocurre antes del nacimiento, aproximadamente al tercer mes. En este período las células germinales experimentan varias divisiones mitóticas que dan origen a los ovogonios. Durante las semanas siguientes, el número de ovogonios se multiplica rápidamente alcanzando al quinto mes aproximadamente 7 millones. Muchos de estos posteriormente degenerarán y se volverán atrésicos en degeneración. Hacia el final del tercer mes, los ovogonios se disponen en cúmulos rodeados de células epiteliales planas. La mayoría de estas células crecen y se diferencian en ovocitos primarios, que luego de duplicar su ADN entran en profase de la primera división meiótica. Estos ovocitos I, rodeados por una capa de células epiteliales planas, se denominan folículos primordiales.

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Reproducción y desarrollo

En el momento de nacer, la niña ya ha formado un stock de ovocitos I que le durará para toda la vida (2 millones aproximadamente). De aquí en adelante el número de ovocitos no aumentará más, sino que irá bajando hasta llegar a la pubertad con aproximadamente 300.000 a 400.000 ovocitos, por un proceso de degeneración llamado atresia folicular. Estos ovocitos primarios permanecen en profase hasta que la hembra madura sexualmente, debido a una sustancia inhibidora del ovocito secretada por las células foliculares (epitelio del folículo). En la pubertad, bajo la influencia hormonal, se reanuda la primera división meiótica de un ovocito I obteniéndose una célula grande, conocida como ovocito secundario (ovocito II) y una célula pequeña denominada cuerpo o corpúsculo polar. La primera división meiótica se completa en el momento de la ovulación (liberación del ovocito desde el ovario). De inmediato, el ovocito II comienza la segunda división meiótica para quedar nuevamente detenido en la metafase II, la cual solo podrá completarse en el momento de la fecundación, con la obtención del cigoto y la expulsión del segundo cuerpo polar. Por esta razón, una vez que es fecundado pasa a denominarse cigoto, desde la reacción acrosómica en adelante. Por ende, no existe un periodo de tiempo en que pueda esto denominarse óvulo. La etapa de diferenciación de ovocitos a óvulo es inexistente en la especie humana.

Si el ovocito II no es fecundado, muere y sus restos son reabsorbidos. De los 2 millones de ovocitos primarios originales, con los que nace una mujer, quedarán aproximadamente 400.000 en el comienzo de la pubertad, debido a que muchos ovocitos se reabsorben. De estos, solo 300 a 400 alcanzan la madurez, por lo general uno por vez, aproximadamente cada 28 días desde la pubertad hasta la menopausia, que ocurre alrededor de los 50 años.

CPECH Es una célula grande, cuyo citoplasma contiene gránulos de vitelo (una mezcla heterogénea de lípidos y proteínas), excepto en la especie humana. La distribución de este vitelo varía de una especie a otra y determina el tipo de segmentación, es decir, la forma en la cual el huevo dividirá sus células y cómo las distribuirá al comenzar el desarrollo. En el caso del ovocito II humano casi no existe vitelo, debido a que la nutrición del embrión depende de los anexos embrionarios.

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5.2 Ovocito II recién ovulado

capítulo

El ovocito II presenta un número haploide de cromosomas (n) y no tiene movilidad propia. En el ovocito II (conocido popularmente como óvulo humano), existe una capa llamada zona pelúcida que corresponde a un material amorfo secretado por las células foliculares y el ovocito II, que químicamente corresponde a glicoproteínas. La función que cumple la zona pelúcida es evitar la poliespermia. Por fuera de la zona pelúcida, encontramos la corona radiada, que es un conjunto de células foliculares que se desprenden junto con el ovocito durante la ovulación. corona radiada

zona pelúcida

pronúcleo femenino

gránulos corticales

6. Espermatogénesis La espermatogénesis se diferencia de la ovogénesis en que no empieza en la vida fetal sino en la pubertad. Además, la proliferación es continua y se mantiene hasta los 50-60 años, cuando empieza a disminuir. El número de espermatogonios es, por lo tanto, mucho mayor (pueden ser hasta unos 400 millones). Este proceso ocurre al interior de los túbulos seminíferos, es un proceso centrípeto (de la pared hacia el centro del tubo) y es coadyuvado por las células de Sertoli.

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La etapa de crecimiento no es tan importante como en la ovogénesis, puesto que el espermatozoide es una célula pequeña, sin mayor función nutritiva, ya que su característica es la movilidad.

El hombre llega a la pubertad con espermatogonios diploides que aún no han comenzado la meiosis. Estas células se dividen por mitosis (proliferación). Algunas de estas células permanecen indiferenciadas, mientras que otras, en el transcurso de sus sucesivas divisiones mitóticas, comienzan a diferenciarse para originar los espermatocitos primarios o I, que rápidamente

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Reproducción y desarrollo

experimentan la primera división meiótica y producen los espermatocitos secundarios (cada uno de los cuales contiene 22 cromosomas autosómicos y un cromosoma X o un cromosoma Y). Los espermatocitos II experimentan la segunda división meiótica, produciendo cuatro células haploides conocidas como espermátidas. Estas deberán cumplir una etapa de diferenciación (denominada espermiohistogénesis) para transformarse finalmente en espermatozoide.

6.1 Espermiohistogénesis En este proceso las espermátidas haploides sufren una serie de transformaciones que las convierten en espermatozoides (células altamente especializadas). Los cambios que experimentan las espermátidas son: • • • • •

Formación del acrosoma, a partir del Aparato de Golgi. Formación del flagelo o cola a partir de un centríolo. Ubicación de las mitocondrias en la base del flagelo. Absorción del citoplasma, de modo que los espermios quedan de un tamaño muy pequeño. Condensación de la cromatina.

El proceso de diferenciación de una espermatogonia en cuatro espermatozoides tarda aproximadamente 74 días. Durante este tiempo, las células en desarrollo reciben alimentos de las células de Sertoli.

a. Cabeza

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Constituida por el núcleo espermático con una delgada capa de citoplasma que lo rodea. En el extremo anterior existe un casquete o capuchón llamado acrosoma, el cual está lleno de enzimas hidrolíticas, como hialuronidasa y acrosina, que favorecen la penetración ovular.

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Los eventos antes mencionados están sujetos a un estricto control hormonal que se analizará más adelante. El espermatozoide es una célula pequeña, muy móvil y con muy poco citoplasma. Se puede dividir en 3 partes:

capítulo

b.Segmento intermedio Del extremo posterior de la cabeza nace una prolongación citoplasmática que contiene un centríolo y gran cantidad de mitocondrias. Éstas proveen energía para el desplazamiento del espermatozoide a través del tracto genital femenino, en su trayecto hacia el ovocito II.

c.Flagelo Es una prolongación muy delgada que nace del segmento intermedio. Su estructura está formada por microtúbulos. Con un patrón estructural 9 + 2, propio de cilios y flagelos.

Actividades 1. Completa el siguiente cuadro, estableciendo las diferencias entre meiosis y mitosis. Criterios

Meiosis

Mitosis

2. Esquematiza las etapas de la gametogénesis (ovogénesis y espermatogénesis), considerando tanto a los cromosomas autosómicos como a los sexuales 3. Indica las principales características de Espermatozoides y Ovocitos II.

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7. Hormona

Las hormonas son sustancias segregadas por células especializadas, localizadas en glándulas de secreción interna o glándulas endocrinas (carentes de conductos), o también por células epiteliales e intersticiales con el fin de modificar la función de otras células. Hay hormonas animales y hormonas vegetales. Las hormonas animales son transportadas por vía sanguínea o por el espacio intersticial, solas (biodisponibles) o asociadas a ciertas proteínas (que extienden su vida media al protegerlas de la degradación) y producen su efecto en determinados órganos o tejidos diana o blanco a distancia de donde se sintetizaron, interviniendo en la comunicación celular. Existen hormonas naturales y hormonas sintéticas. Unas y otras se emplean como medicamentos en ciertos trastornos, por lo general, aunque no únicamente, cuando es necesario compensar su falta o aumentar sus niveles si son menores de lo normal.

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Reproducción y desarrollo

Las hormonas pertenecen al grupo de los mensajeros químicos. A veces es difícil clasificar a un mensajero químico como hormona o neurotransmisor o neurohormona. Todos los organismos multicelulares producen hormonas. Las hormonas más estudiadas en animales (y humanos), son las producidas por las glándulas endocrinas, pero también son producidas por casi todos los órganos humanos y animales, como el corazón, el sistema digestivo, los riñones, etc. Dentro de las funciones que controlan las hormonas está la reproducción, donde regulan tanto la producción de gametos como de hormonas, teniendo una incidencia directa en la fertilidad humana. El desarrollo de este contenido tiene como objetivo comprender los principales conceptos relacionados con la acción hormonal y aplicarlos inmediatamente al contenido de reproducción, en relación a la regulación testicular y ovárica. Hormona

Célula con Receptor

Célula sin Receptor

Célula Endocrina

Célula blanco

Respuesta

7.1 Definición Las hormonas son sustancias químicas producidas por una glándula endocrina. Esta glándula histológicamente se caracteriza por la ausencia de conductos de secreción. Por esta razón, las hormonas deben ser secretadas hacia la sangre. De esta manera la hormona viaja por la sangre recorriendo distancias considerables para alcanzar el sitio donde generarán el efecto fisiológico.

Receptor

Hormona

modificación actvidad metabólica Respuesta específica Célula blanco Citoplasma

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Núcleo

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segundo mensajero

capítulo

Una vez que la hormona reconoce su receptor u órgano blanco modifica la actividad de la célula. Una hormona actúa solo en aquellas células que tienen receptores para ella, por esto, no puede ejercer su acción en cualquier célula del cuerpo. Las hormonas de tipo proteica actúan en la fosforilación de proteínas, con lo cual se activan o desactivan mecanismos celulares. Ejemplos de estas hormonas proteicas son la hormona del crecimiento, insulina, glucagón, etc. En el caso de las hormonas esteroidales, como las sexuales, la hormona modifica la actividad del núcleo, lo que trae como consecuencia que la síntesis de proteínas se regule, aumentando o disminuyendo.

7.2 Mecanismo de regulación hormonal. Retroalimentación + Glándula

−

Sabías que... Hormona

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Las funciones realizadas por las hormonas son:

-Crecimiento corporal y desarrollo. -Maduración del sistema nervioso. -Generación, mantención y regulación de la fertilidad. Regulación de la ovogénesis y espermatogénesis. -Mantención y regulación del metabolismo (producción de energía, síntesis de sustancias, etc.) -Control de variables fisiológicas (presión arterial, frecuencia cardiaca, actividad digestiva). -Metabolismo del agua y electrolitos. -Control del equilibrio ácido base (pH) de los líquidos corporales. -Control y mantención de la lactancia. -Mantención del embarazo.

Órgano blanco

Efecto fisiológico El efecto fisiológico puede ser un estímulo (+) o un freno (-). En el caso de que sea un estímulo, la retroalimentación se denomina positiva lo cual implica que es un estímulo para la actividad de la glándula endocrina la concentración de la hormona en el tiempo y en un gráfico para representar el concepto se vería...

El efecto fisiológico también puede resultar en un freno para la actividad de la glándula y en este caso la retroalimentación se denomina negativa, que en un gráfico se vería... La retroalimentación negativa es la que resulta más importante para los mecanismos de regulación en el organismo, ya que tiende a mantener constante la concentración de la hormona y con ello también permanece estable el efecto fisiológico de ella.

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8. Aparato reproductor. Generalidades La reproducción sexuada implica la diferenciación de un sistema reproductor con órganos sexuales (gónadas) masculinos y femeninos. En la mayoría de las especies, los sexos están separados y en muchos de ellos existe una diferencia externa que permite distinguir fácilmente a machos de hembras. En aquellas especies en que los sexos no están separados, sino que tanto las gónadas femeninas como masculinas se encuentran en un mismo individuo, se habla de hermafroditismo. Estos individuos pueden practicar la autofecundación puesto que producen ambos tipos de gametos. Sin embargo, la autofecundación tiene la gran desventaja de no permitir la variabilidad génica, puesto que ambos gametos tienen casi la misma información genética. Debido a esto muchas especies hermafroditas aprovechan la posibilidad de realizar fecundación cruzada, existiendo mecanismos que separan la maduración de ambos sexos en el tiempo, o que impiden la autofecundación por la distancia entre ambas gónadas. Solo en algunos casos específicos la autofecundación es ventajosa, como en la tenia o lombriz solitaria, que se aloja en el intestino humano y cuya única posibilidad de reproducción es mediante la autofecundación. En la especie humana existe un dimorfismo sexual marcado, con un aparato reproductor masculino y uno femenino que permiten la formación de gametos, la cópula, la fecundación y el desarrollo embrionario.

8.1 Aparato reproductor masculino En líneas generales, está formado por dos gónadas llamadas testículos, un sistema de conductos que transporta los espermatozoides producidos por el testículo hacia el exterior y un órgano copulador (pene) que permite depositar el semen en el aparato genital femenino. Además existen glándulas anexas, cuya secreción proporciona a los espermatozoides el medio adecuado para su subsistencia: glándulas o vesículas seminales, próstata y glándulas de Cowper o bulbouretrales.

columna vertebral apertura del uréter

sínfisis púbica conducto deferente

recto vesícula seminal

vejiga

conducto eyaculador próstata

cuerpo cavernoso cuerpo esponjoso

glándula bulbouretral

ano

glande epidídimo

escroto

testículo

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uretra

prepucio

CPECH

uretra

capítulo

8.1.1 Testículos Se forman en las primeras etapas del desarrollo embrionario, cuando el embrión es aún indiferenciado sexualmente. Durante la vida intrauterina, el testículo se aloja en la parte posterior y superior del abdomen. Solo al final del embarazo comienzan a migrar, descendiendo hacia el escroto que los contendrá desde el nacimiento en adelante. El escroto es un saco cutáneo pigmentado, en el cual la temperatura es más baja que en el interior de la cavidad abdominal, permitiendo así que ocurra la espermatogénesis. Cada testículo está subdividido en unos 250 compartimientos y en cada uno de ellos se encuentra una serie de túbulos enrollados apretadamente, conocidos como túbulos seminíferos. Los túbulos seminíferos constituyen la mayor parte del parénquima testicular. En ellos se desarrolla la espermatogénesis. Así, al examinar un corte transversal de túbulo seminífero, se observa, hacia la periferia, una capa de espermatogonios (pared del túbulo) y, al ir progresando hacia el lumen, se ven capas sucesivas de células más diferenciadas, hasta llegar al espermatozoide. Intercaladas entre los espermatogonios, existen células de forma piramidal, llamadas células de Sertoli. Estas células son sensibles a hormonas como la FSH y la testosterona. Las células de Sertoli presentan las siguientes funciones:

• Están encargadas de dirigir la diferenciación espermática y de proporcionar sostén a las células tubulares. • Tienen funciones metabólicas importantes, puesto que ayudan a la nutrición de las células que se están diferenciando. • Fagocitan los cuerpos residuales y restos de citoplasma de la diferenciación de la espermátida. • Secretan la hormona inhibina y una proteína ligadora de andrógenos que permite la acción de la testosterona dentro del túbulo seminífero. • Las células de Sertoli también secretan un líquido que acompaña a los espermios por el trayecto genital hasta que se agrega la secreción de las vesículas seminales. • Finalmente, las células de Sertoli fabrican la hormona antimulleriana que participa del proceso de diferenciación sexual. • Presentan receptores para FSH (mantienen altos los niveles de testosterona). Las células de Sertoli no se dividen en el adulto, tienen gran resistencia a drogas y a la temperatura. Por lo mismo forman la barrera hematotesticular, que funciona como un filtro protector para las células de la espermatogénesis.

Mitosis

Meiosis I

Meiosis II

Célula de Sertoli

Lumen del túbulo seminífero

Pared tubular Espermatogonio

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Espermatocito primario

Túbulo seminífero

Espermatocito secundario

Espermátidas

Espermatozoides haploides

El tejido intersticial rellena los espacios entre los túbulos seminíferos. Se dispone en forma de cordones. Está formado por tejido fibroso, gran cantidad de vasos sanguíneos y acumulaciones celulares que corresponden a las células de Leydig (productoras de testosterona).

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Los túbulos seminíferos van confluyendo y formando conductos cada vez más grandes que, finalmente, constituyen un conducto único, muy largo y enrollado sobre sí mismo, el epidídimo, que reposa sobre la parte superior del testículo. Por lo tanto, podemos decir que el testículo tiene dos funciones: • Espermatogénica • Androgénica (producción de testosterona) En este sentido, se puede hablar de la gónada masculina como de una glándula mixta o anficrina, es decir, exocrina y endocrina a la vez.

8.1.2 Vías espermáticas Es un sistema de conductos encargados de transportar los espermatozoides hacia el exterior. El epidídimo es un tubo enrollado de 7 metros de longitud, que yace sobre cada testículo. Durante su paso por el epidídimo, los espermatozoides van ganando una movilidad progresiva y la potencialidad de unirse con el ovocito y fertilizarlo (maduración espermática). En este lugar pueden permanecer almacenados por hasta 2 semanas aproximadamente. Del epidídimo, los espermatozoides pasan al conducto o vaso deferente, donde son almacenados. Cada conducto deferente se extiende desde el epidídimo hasta las vesículas seminales. Contiene fibras musculares en su pared, las que permiten impulsar los espermatozoides. Los espermatozoides pueden permanecer almacenados en los conductos deferentes, manteniendo su fertilidad por lo menos por un mes, luego del cual son eliminados. Durante su permanencia en estos conductos, son mantenidos en un estado de profunda inhibición, a través de múltiples sustancias inhibidoras. A nivel de las vesículas seminales, los conductos deferentes se fusionan con los conductos de estas glándulas seminales dando origen al conducto eyaculador, el cual desemboca en la cara posterior de la uretra. La uretra es un conducto que nace de la vejiga urinaria, y se extiende a lo largo del pene. Por lo que sirve tanto para la excreción de orina como para la expulsión del semen.

8.1.3 Órgano copulador o pene El pene es el órgano de la copulación en el hombre. Durante el acto sexual penetra en la vagina femenina para depositar los espermatozoides. Está constituido esencialmente por tejidos eréctiles (tejidos sumamente irrigados, cuyos vasos pueden llenarse de sangre en un momento dado, lo que produce erección). Existen dos cuerpos cavernosos y un cuerpo esponjoso que forman la estructura del pene.

Son órganos adosados a las vías espermáticas, cuyas secreciones proporcionan a los espermatozoides un medio apropiado para su sobrevivencia. Estas secreciones, en conjunto, forman el semen, líquido en el cual flotan los espermatozoides, y que les permite un medio adecuado para sobrevivir y movilizarse. Las glándulas anexas son:

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8.1.4 Glándulas anexas

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El pene está atravesado por la uretra y se encuentra recubierto por piel que, en la parte más anterior, se dobla para formar el prepucio (tejido cutáneo que cubre al glande, que es un engrosamiento anterior del cuerpo esponjoso). También, en la parte anterior, encontramos un pequeño orificio, el meato urinario, que corresponde a la desembocadura de la uretra.

capítulo

a. Vesículas seminales Órganos pares cuya secreción, llamada líquido seminal, contiene un monosacárido, fructosa (ayuda a la nutrición espermática), ácido cítrico y otras sustancias nutritivas, así como grandes cantidades de prostanglandinas y proteínas coagulantes. Las prostaglandinas del semen presentan las siguientes funciones: a) generan contracciones peristálticas en los conductos femeninos y b) reaccionan con el moco cervical haciéndolo más permeable al espermatozoide. Las proteínas coagulantes, cuando el semen llega a la vagina, forman un débil coágulo que mantiene al semen en las regiones profundas de la vagina (cérvix uterino). Éste se disuelve durante los 15 a 30 minutos siguientes, gracias a una enzima prostática conocida como fibrinolisina. El líquido de las vesículas seminales representa el 60% del volumen de semen eyaculado.

b. Próstata Glándula que rodea la uretra y que produce el líquido prostático, el cual es vaciado a la uretra contribuyendo con un 13% al 22% del volumen del semen eyaculado. La glándula prostática secreta un líquido lechoso y ligeramente alcalino (esto hace que el pH del semen sea de 7,5 ), lo que incrementa la motilidad del espermatozoide y ayuda a la fecundación al neutralizar las secreciones ácidas de la vagina. Este líquido contiene calcio, iones fosfato, una enzima de coagulación, entre otros elementos.

c. Otras glándulas Comprenden las bulbouretrales (Cowper) y uretrales (Littré), cuyo volumen de secreción es muy pequeño. Dan propiedades lubricantes al semen.

Vesícula seminal Conducto deferente

Próstata Glándulas bulbouretrales

Uretra

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Epidídimo

Pene Testículo

Tubo seminífero

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d. Semen El volumen de semen es de 2 a 3 mililitros por eyaculación y se compone de espermatozoides (aproximadamente 10%) y líquidos provenientes de las vesículas seminales, próstata y glándulas de Cowper. Aunque los espermatozoides constituyen menos del 10% del semen, en cada mL de semen se encuentran entre 20 a 150 millones de espermatozoides. La mortandad de los espermatozoides en el aparato reproductor femenino es enorme, llegando solo unos pocos al extremo distal del oviducto. Aunque es suficiente que un solo espermatozoide haga contacto con el ovocito para que se produzca la fecundación, las posibilidades son tan limitadas que la fecundación requiere de la liberación de una enorme cantidad de espermatozoides. Los varones que producen menos de 20 millones de espermatozoides por mL de semen generalmente son considerados estériles.

8.1.5 Fisiología del aparato reproductor masculino Como ya se vio, en el hombre la formación de espermatozoides comienza en la pubertad (12-15 años) y continúa ininterrumpidamente hasta los 50-60 años. A partir de esta edad empieza a disminuir su producción. Esta es la primera gran diferencia con la mujer, cuya producción de gametos es cíclica y discontinua. Como recordarás, la espermatogénesis está sujeta a un estrecho y complejo control hormonal. Estos mecanismos están regulados por la glándula hipófisis (específicamente su lóbulo anterior conocido como adenohipófisis). Esta glándula produce dos hormonas llamadas gonadotrofinas, bajo la influencia del hipotálamo, a través de la hormona liberadora de gonadotrofinas (GnRH): la FSH (hormona folículo-estimulante) y LH (hormona luteinizante). La hormona luteinizante actúa sobre las células de Leydig de los cordones sexuales. Así, estimula la producción de testosterona, hormona masculina indispensable en la diferenciación sexual y la actividad reproductiva. La testosterona secretada por las células de Leydig, en respuesta a la LH, tiene un efecto recíproco de suprimir la secreción hipofisiaria de LH. Por ejemplo, cuando los niveles de testosterona a nivel de la sangre son superiores al nivel normal, el hipotálamo deja de secretar a la GnRH. Esto provoca una disminución de la secreción de las hormonas LH y FSH por la adenohipófisis, y, por su parte, la disminución de LH reduce la secreción de testosterona por las células de Leydig. A la inversa, una cantidad demasiado escasa de testosterona permite que el hipotálamo secrete gran cantidad de GnRH, con el consiguiente aumento de hormonas gonadotrofinas y, a su vez, de testosterona. Este mecanismo de regulación se conoce como sistema de retroalimentación negativo (feed-back negativo). Tanto la FSH como la testosterona estimulan la espermatogénesis. La testosterona es esencial para el crecimiento y la división de las células germinales que forman a los espermios. La FSH, en cambio, actúa sobre las células de Sertoli y, a través de ellas, sobre los espermatozoides en crecimiento. Para iniciar la espermatogénesis son necesarias tanto la FSH como la testosterona, aunque una vez que se ha producido la estimulación inicial, basta la testosterona para mantener el proceso.

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Cuando la producción de espermatozoides es demasiado rápida y excesiva, disminuye la secreción de FSH. Se cree que la causa es una hormona secretada por las células de Sertoli conocida como inhibina. Esta hormona ejerce un poderoso efecto sobre la adenohipófisis inhibiendo la producción de FSH y, posiblemente, un ligero efecto sobre el hipotálamo, inhibiendo la secreción de GnRH. Al contrario, si los túbulos seminíferos producen muy pocos espermios, aumenta la secreción de FSH. Este mecanismo de control, al igual que el anterior, se conoce como feed back negativo.

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capítulo

Sabías que... Las consecuencias clínicas de la deficiencia de andrógenos en el varón dependen del momento en que se inicia la deficiencia. La ausencia intrauterina condiciona una feminización de los genitales externos. Si la deficiencia es durante la pubertad no aumenta de tamaño el pene, no hay crecimiento de la barba y del vello sexual y no se generan espermatozoides. También son de talla baja. El resultado final es un eunuco. En los adultos, la deficiencia provoca infertilidad con pérdida de la libido y potencia.

Producción hormonal en el varón (feed back negativo)

Hipotálamo

la Inh i be

Producción de espermatozoides

nte ula

Hipófisis

FSH Inhibina

de FSH

tim

ión ucc od pr

Efe cto

r to bi hi

GnRH

Efe cto

células de Sertoli +

células de Leydig

espermatogénesis

testosterona

Testosterona sanguínea

espermatozoides Testículo

8.1.6 Testosterona

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Es la hormona sexual masculina por excelencia. Se produce en las células de Leydig del testículo y, en un pequeño porcentaje, en la capa reticular de la corteza suprarrenal. Desde el nacimiento, hasta los 10-12 años, el testículo produce hormona masculina, aunque en cantidades ínfimas. Posteriormente, llegado el momento de la pubertad, se desencadenan complejos mecanismos neurohormonales y la producción de testosterona se eleva notablemente, hasta acercarse a la del hombre adulto. Esto produce diversos cambios psíquicos y físicos, propios del sexo masculino.

La testosterona tiene a su cargo el desarrollo de los caracteres sexuales secundarios, entre otras funciones, como: a. Función anabólica Una de las características masculinas más importantes es el aumento de la masa muscular tras la pubertad. Por lo que se ha visto que en general la principal función de la testosterona es estimular la síntesis proteica (anabolismo), lo cual es particularmente notable en la célula muscular, que aumenta su volumen gracias al incremento de sus filamentos de actina y miosina (desarrollo muscular).

Capítulo 2

Reproducción y desarrollo

b. Redistribución del vello corporal La testosterona hace crecer el pelo. El niño, hasta los 10 años, no tiene vello genital ni axilar; este comienza a aparecer en la pubertad. Aparece vello en cara, tórax, espalda, miembros superiores e inferiores. En la región del pubis adopta una disposición característica del sexo masculino: forma romboidal de dirección vertical (uno de los vértices del rombo se dirige hacia el ombligo).

c. Cambios en la voz Se producen cambios y engrosamiento de las cuerdas vocales y laringe, con lo cual la voz se hace más gruesa y ronca.

d. Cierre de la epífisis de los huesos Se produce osificación del cartílago de crecimiento, con lo cual el hueso no puede seguir creciendo en longitud, y la velocidad de crecimiento disminuye mucho.

e. Efectos sobre la piel y desarrollo de acné La testosterona aumenta el grosor de la piel en todo el cuerpo, así como la tasa de secreción de la mayoría de las glándulas sebáceas del cuerpo. Especialmente importante es la secreción excesiva de las glándulas sebáceas de la cara, pues esta hipersecreción provoca acné.

f. Aumento del metabolismo basal Este aumento en la tasa metabólica es posiblemente una consecuencia indirecta del efecto de la testosterona sobre el anabolismo proteico. El aumento de proteínas, especialmente de enzimas, aumenta la actividad de las células. Esto lleva a que el hombre, de por sí, tenga una menor cantidad de tejido graso que la mujer, puesto que constantemente está gastando energía para mantener sus funciones vitales en mayor grado que la mujer. A su vez, este aumento del metabolismo basal trae como consecuencia un aumento en la producción de glóbulos rojos.

• Transcurrida una semana de crecimiento o más (pero antes de la ovulación), uno de los folículos comienza a crecer más que los restantes; los demás comienzan a involucionar (atresia folicular). La causa de esta atresia es aún poco conocida. La atresia folicular es importante, pues permite que solo uno de los folículos crezca lo suficiente para liberar a su ovocito II (ovulación). • La vida promedio del espermatozoide es muy breve (en la especie humana, no más de 72 horas). En otras especies, como la de las abejas, puede llegar a vivir meses o años. Esto se debe a que la abeja reina tiene un saquito llamado espermateca, que es capaz de conservar los espermatozoides. Por lo tanto, solo requerirá ser fecundada una vez en la vida.

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Durante el período fetal la testosterona es específicamente necesaria para la diferenciación del pene, el escroto, la uretra peneana y la próstata del feto. También es importante en el descenso de los testículos al escroto.

• Existen ciclos anovulatorios que se presentan con mayor frecuencia en mujeres con ciclos menores a 24 días y mayores a 36 días, siendo difícil reconocer el período fértil.

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g. Diferenciación de genitales

Sabías que...

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En la pubertad es nuevamente necesaria para el crecimiento del escroto y la próstata. Por otro lado, la testosterona también desarrolla los caracteres sexuales primarios: los genitales externos crecen (pene y testículos), el escroto se pigmenta y aparecen vellos. Así comienzan a asemejarse a los del adulto. Finalmente, se producen también cambios psíquicos, como, por ejemplo, la conducta que se hace más agresiva en general.

8.2 Aparato reproductor femenino Está formado por una serie de órganos que se encuentran en su mayoría dentro de la pelvis. Forman parte de este aparato genital femenino los genitales externos e internos. Oviducto Útero

Ovarios

Miometrio

Endometrio Vegija urinaria Apertura del cérvix

Uretra

Clítoris

Labio menor

Ano

Labio mayor Vagina

8.2.1 Genitales externos Se denomina así a los órganos genitales externos de la mujer y comprenden:

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a. Monte de Venus

Es un tejido blando (preferentemente tejido adiposo), ubicado por delante de la sínfisis púbica, de tal manera que forma una pequeña eminencia. Sobre la piel que cubre esta zona, existe el vello pubiano (que aparece en el momento de la pubertad).

b. Labios mayores y menores Son repliegues de piel que rodean el orificio externo de la vagina, y se unen por delante y por detrás. Ambos son pigmentados y poseen algunos vellos (labios mayores). Los labios menores se ubican por dentro de los mayores.

Capítulo 2

Reproducción y desarrollo

c. Espacio interlabial Es aquel espacio ovoideo que se delimita por los labios mayores y menores. En él encontramos, desde adelante hacia atrás, diversas estructuras: vestíbulo, meato urinario (orificio de salida de la uretra), orificio externo de la vagina (introito).

d. Clítoris Pequeño cuerpo eréctil situado por delante de los labios mayores. Participa en la estimulación sexual femenina.

8.2.2 Genitales internos a. Ovarios Son dos y se ubican dentro de la cavidad pélvica por delante del recto. En un corte transversal, se distinguen claramente dos zonas:

• Zona central, de color rojizo, llamada médula. Está constituida por gran cantidad de vasos sanguíneos, entre los cuales existe tejido fibroso.

• Zona periférica o corteza, que es la que contiene los ovocitos I dentro de su folículo primordial.

b. Oviductos o trompas de Falopio También son dos. Cada una se relaciona estrechamente con uno de los dos ovarios. Estructuralmente, es un tubo muscular de aproximadamente 10 cm de largo, cuya mucosa presenta una serie de pliegues longitudinales que ayudan a la progresión del ovocito II.

c. Útero Es un órgano muscular liso y hueco, de paredes gruesas y en forma de pera. Mide 6-7 cm de largo por 4 cm de ancho. Se ubica en la pelvis, por detrás de la vejiga, por delante del recto y por encima de la vagina. Histológicamente se distinguen tres capas: • Capa externa: También llamada perimetrio (es dependiente del peritoneo). Recubre solo hasta el cuello del útero.

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• Capa interna: También llamada mucosa uterina o endometrio. Es un tejido muy especializado que sufre cambios cíclicos, y se desprende parcialmente durante la menstruación. Su función es servir como receptáculo del producto de la concepción y albergar al feto hasta su nacimiento. Por lo tanto, es el órgano de la gestación.

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• Capa media: También llamada miometrio. Es la más gruesa y está formada por músculo liso. Contiene la mayoría de los vasos que irrigan el útero y, al contraerse durante el parto, permite la expulsión del feto hacia el exterior.

capítulo

d. Vagina

Sabías que... Normalmente cada ciclo ovárico genera habitualmente un solo ovocito y lo común es que nazca un niño por embarazo. Los embarazos múltiples se producen cuando los ovarios generan dos o más óvulos simultáneamente y ambos son fecundados. En ocasiones se producen a partir de un solo óvulo. Se denominan mellizos a los gemelos dicigóticos y se gestan por una doble ovulación con fecundación de cada uno de ellos por un espermatozoide distinto. En el caso de los gemelos monocigóticos o gemelos propiamente tales se generan de un solo ovocito fecundado en donde el macizo celular se divide en dos grupos, cada uno de los cuales genera a un individuo completo.

Es un conducto músculo-membranoso que comunica los órganos genitales internos con el exterior. Se extiende desde el cuello uterino, sobre el cual se inserta, hasta la vulva. Posee pH ácido que limita el número de espermatozoides y evita la proliferación bacteriana. Su función principal es recibir los espermatozoides que ascienden hacia el útero y posteriormente a la trompa, para fecundar el óvulo. Además, es el canal por el cual el endometrio desprendido sale al exterior durante la menstruación. Por último, es el canal del parto y el feto debe recorrerlo en toda su extensión en ese momento.

e. Glándulas anexas del aparato genital femenino En la vagina existen dos glándulas, las cuales secretan un líquido mucoso que lubrica las paredes vaginales, especialmente durante el acto sexual. Vierten su secreción por medio de un conducto que se abre en el surco que queda entre los labios menores y la entrada de la vagina.

8.2.3 Fisiología del aparato reproductor femenino Al igual que el hombre, su funcionamiento está regulado por complejos mecanismos hormonales. La mujer es cíclica y en su aparato reproductor ocurren cambios periódicos, mediados por hormonas, que se suceden en promedio cada 28 días (con un rango de 21 a 35 días). El comienzo de la maduración sexual en la niña está marcado, al igual que en el varón, por una serie de cambios físicos y psíquicos, determinados por un aumento en el nivel de hormonas sexuales. El primer cambio está dado por la aparición del botón mamario (la telarquia), luego aparece el vello pubiano y, por último sobreviene la menarquia o primera menstruación.

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A la edad de 12 años, aproximadamente, se produce un incremento en el nivel de gonadotrofinas hipofisiarias, cuya secreción estaría inhibida en la niña menor. Estas gonadotrofinas actúan sobre los ovarios, los que comienzan a producir estrógenos (hormona sexual femenina responsable directa de la maduración sexual).

Así comienzan los ciclos sexuales o ciclos ováricos propios de toda mujer en edad fértil, que durarán hasta la menopausia (última menstruación).

8.2.4 Ciclo sexual femenino En la mujer, el nivel de gonadotrofinas hipofisiarias (LH y FSH) varía en forma cíclica. Dado que estas hormonas actúan sobre los órganos genitales, estos sufren ciertos cambios que se van sucediendo cada 28 o más días (dependiendo de la mujer).

Capítulo 2

Reproducción y desarrollo

La finalidad es una sola: posibilitar el desarrollo de un nuevo ser. Así, cada mes el organismo femenino se prepara para una posible fecundación. Para ello se requiere la maduración de un ovocito I en cada ciclo, y la preparación de la mucosa uterina para albergar al embrión. Este patrón recurrente de niveles hormonales y de cambios en los tejidos en la mujer se conoce como ciclo menstrual. El sistema de regulación hormonal es extremadamente complejo. En él participan las hormonas femeninas (estrógenos y progesterona), las hormonas gonadotrofinas (FSH y LH) y la hormona liberadora de gonadotrofinas (GnRH) del hipotálamo.

a. Etapa preovulatoria Esta etapa se caracteriza por ser de duración variable y su extensión depende de la duración del ciclo de la mujer. • Cambios a nivel de los ovarios (ciclo ovárico): Desde el momento de la menstruación, los niveles de hormonas FSH y LH comienzan a aumentar ligeramente; el aumento de FSH es algo mayor y precede unos pocos días al de la LH. La FSH induce el crecimiento acelerado de varios folículos primordiales, 5 y 15 folículos (aproximadamente), cuyo proceso es conocido como foliculogénesis.

A medida que el folículo crece, se va formando una cavidad en su interior, denominada antro folicular, el cual se llena de líquido. En forma paralela, el folículo va aumentando el número de capas celulares que lo rodean, hasta que completa su maduración, transformándose en un folículo terciario o de Graff. Este forma una protuberancia a modo de ampolla en la superficie del ovario. De esta forma, a la primera mitad del ciclo en el ovario se le denomina fase folicular.

A medida que crece el folículo, el ovocito I (detenido en profase I) aumenta su tamaño y es rodeado de una capa de células (células de la granulosa), quedando desplazado hacia uno de los polos del folículo. De esta manera recibe el nombre de cúmulo ovígero. A medida que esto va ocurriendo, las células de la granulosa y probablemente el ovocito, secretan una capa glucoproteica conocida como zona pelúcida.

Por otro lado, la FSH estimula las células periféricas del folículo (teca interna y externa) a producir la hormona sexual femenina conocida como estrógenos. De este modo, el nivel de estrógenos comienza a aumentar progresivamente.

Todos los procesos ya descritos se desarrollan en un lapso más o menos constante, por lo cual el momento de mayor producción de estrógenos ocurre hacia el día 14 del ciclo.

Actividades

b. Indica los períodos de fertilidad e infertilidad (según el ciclo), señalando además las fechas según calendario.

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a. ¿En qué momento de su ciclo ocurriría la ovulación? Indica día del ciclo según calendario.

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1. Una mujer presenta un ciclo sexual regular de 30 días si comienza a menstruar el 15 de septiembre, señala:

capítulo

oviducto

ovario útero vagina

primer cuerpo polar ovocito II

e. Ovulación. Ruptura del folículo maduro y liberación del ovocito II y primer cuerpo polar.

d. Folículo maduro. Meiosis I completa, ovocito II y primer cuerpo polar están formados.

c. Folículo secundario

b. Folículo en desarrollo a. Folículo primario; ovocito I detenido en meiosis I.

f. Formación del cuerpo lúteo luego de la ruptura del folículo. g. Cuando no hay embarazo el cuerpo lúteo degenera.

• Cambios a nivel del endometrio (ciclo menstrual): La fase menstrual o menstruación abarca aproximadamente los primeros cinco días de cada ciclo. El flujo menstrual contiene de 50 a 150 mL de sangre, líquido tisular, moco y mucosa uterina. Ocurre por la disminución de los niveles de hormonas ováricas, principalmente progesterona. Entre el día 5 y el día 14, los niveles de estrógenos van aumentando y actúan en el endometrio; la mucosa uterina aumenta su grosor, así como el número de glándulas y vasos sanguíneos. De esta manera, la fase preovulatoria también es denominada fase proliferativa o estrogénica.

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b. Ovulación

La ovulación o rompimiento del folículo de Graff y liberación del ovocito II ocurre, por lo general, en el decimocuarto día del ciclo. Las concentraciones altas de estrógenos hacia el final de la fase preovulatoria ejercen un efecto de feed Back positivo en la producción de FSH y LH, produciéndose una descarga brusca, especialmente de LH. Esta descarga actúa a nivel del folículo maduro o de Graff, generando la expulsión del ovocito (durante su maduración se transformó en ovocito II). El ovocito II sale rodeado de una capa de células (corona radiada) y con parte del líquido folicular, desplazándose hacia la trompa de Falopio. El resto del folículo, es decir, las tecas internas y externas, la granulosa y parte del antro folicular, quedan dentro del ovario. Este ovocito II, recordemos, está detenido en la metafase de la segunda división meiótica.

Capítulo 2

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c. Fase post ovulatoria • Cambios a nivel de los ovarios: Se caracteriza por ser estable, en todos los ciclos, con una duración de 14 días. Después de la ovulación, la LH produce luteinización del folículo, que consiste en la transformación del folículo roto en un cuerpo lúteo, estimulado constantemente por estimulación de la LH. Así, el cual estará encargado de la secreción de progesterona y estrógenos durante la segunda mitad del ciclo (fase lútea). A medida que los niveles de progesterona y estrógenos aumentan, juntos inhiben la producción de GnRH a nivel del hipotálamo y, así, la producción de las hormonas FSH y LH.

Si llegado el término del ciclo ovárico no se produce fecundación e implantación en el útero, el cuerpo lúteo involuciona y se transforma en cuerpo albicans, de tal manera que la producción de hormonas ováricas cae. El cuerpo albicans permanece como cicatriz en el ovario.

Sin apoyo hormonal, el endometrio no puede mantenerse estable y una porción de él se desprende con el flujo menstrual. Luego, en respuesta al nivel bajo de hormonas ováricas, el nivel de hormonas gonadotrofinas comienza a elevarse nuevamente, de tal manera que otros folículos comienzan a desarrollarse en un nuevo ciclo sexual.

Si hay fecundación, comienza a secretarse (por parte de un grupo de células del cigoto) una hormona llamada gonadotrofina coriónica, que mantiene la función del cuerpo lúteo hasta el tercer mes de embarazo, fecha en que es reemplazada por la placenta en la producción de hormonas (especialmente progesterona).

• Cambios a nivel del endometrio: En la segunda mitad del ciclo, los estrógenos y la progesterona secretadas por el cuerpo lúteo promueven el crecimiento y enrollamiento de las glándulas uterinas, vascularización del endometrio superficial y engrosamiento del endometrio hasta 12 a 18 mm. En relación al ciclo sexual, esta fase es denominada fase secretora, producto de la actividad secretora a causa de las glándulas endometriales.

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El ciclo sexual en una mujer habitualmente dura alrededor de 28 días, pero la existencia de variaciones individuales es común. Aún en las mujeres con ciclos de duración promedio la ovulación no siempre ocurre en el mismo momento del ciclo. De esta manera, el “método del ritmo” es un método poco confiable en el control de la natalidad.

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Por lo tanto, al final del ciclo, el endometrio está congestivo, grueso y con gran número de glándulas. Es decir, está preparado para la posible implantación del cigoto. Si esto no ocurre, el cuerpo lúteo cesa su función. Al no producirse más progesterona y estrógenos, cesa la acción que sostenía el endometrio, y este se desprende junto con sus vasos, se produce la menstruación y comienza así un nuevo ciclo.

Sabías que...

Ciclo menstrual Ovario

capítulo

Maduración del folículo

Folículo

Óvocito II Cuerpo lúteo Ovulación

Degeneración del c. lúteo

37º C Temperatura corporal

36º C Hormona luteinizante

Hormonas

Estradiol

Progesterona

Hormona folículo estimulante

Fase Folicular

Ovulación

Fase Lútea

Endometrio

Menstruación

11 13 15 17 19 21 23 25 27 12 14 20 22 24 26 28 16 18

Días del ciclo menstrual

8.2.5 Hormonas femeninas Los dos tipos de hormonas sexuales femeninas son los estrógenos y la progesterona (ambas producidas a nivel de los ovarios).

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Los estrógenos promueven la proliferación y el crecimiento de células específicas del cuerpo y son responsables del desarrollo de la mayoría de los caracteres sexuales de la mujer. Por otra parte, la progesterona está implicada de forma casi exclusiva en la preparación final del útero para la gestación y de las mamas para la lactancia.

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a. Estrógenos En la mujer no embarazada son producidas por el ovario (aunque también las cortezas suprarrenales secretan pequeñas cantidades). Durante el embarazo, esta hormona es producida por la placenta.

Capítulo 2

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Funciones de los estrógenos • Efecto sobre los genitales externos e internos: Durante la niñez, solo se secretan ínfimas cantidades de estrógenos, pero en la pubertad su secreción aumenta 20 veces o más. Los ovarios, las trompas de Falopio, el útero y la vagina aumentan varias veces su tamaño. También crecen los genitales externos, con depósito de grasa en el monte de Venus y en los labios mayores. En el útero, inducen proliferación del endometrio. • Efecto sobre las mamas: Los estrógenos inician el crecimiento de las mamas y del aparato productor de leche. Son también responsables del crecimiento y del aspecto externo característico de la mama femenina madura. Sin embrago, no completan la tarea de convertir las mamas en órganos productores de leche. • Efecto sobre el esqueleto: En el hueso, estimulan su crecimiento en longitud, pero rápidamente producen el cierre de los cartílagos de crecimiento. Todo esto gracias a un aumento de la actividad osteoblástica. • Efecto sobre los caracteres sexuales secundarios: Los estrógenos provocan un aumento en los depósitos de grasa y en los tejidos subcutáneos, así como en ciertas zonas como las caderas, muslos, glándulas mamarias; además dan a la piel una textura blanda y habitualmente tersa. Así como una voz más suave. Los estrógenos no afectan mucho la distribución del vello corporal, sin embargo, tras la pubertad se desarrolla vello en la región del pubis y en las axilas. Los principales responsables son los andrógenos suprarrenales que se producen en cantidades mayores tras la pubertad. • Efecto sobre el equilibrio electrolítico. Actúan sobre el metabolismo del sodio, calcio y fósforo. Fundamentalmente, producen retención de sodio y agua. • Efecto sobre el depósito de proteínas: Los estrógenos producen un ligero aumento de las proteínas totales del organismo, probablemente como consecuencia del efecto promotor del crecimiento de los órganos sexuales y huesos.

b. Progesterona En la mujer no embarazada, la produce el cuerpo lúteo durante la segunda mitad del ciclo. En la embarazada, es producida también por el cuerpo lúteo hasta el tercer mes y después por la placenta. Funciones de la progesterona • Efecto sobre el útero: Actúa sobre el endometrio haciendo que se transforme en un tejido secretor, preparado para la implantación. • Efecto sobre las trompas de Falopio: Produce cambios secretores en las trompas de Falopio, lo que permite la alimentación del cigoto durante su trayectoria al útero.

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Sin embargo, la progesterona no hace que los alvéolos secreten leche, debido a que esta solo se secreta cuando recibe la estimulación de la hormona prolactina, secretada por la adenohipófisis.

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• Efecto sobre las mamas: Estimula el desarrollo de los lobulillos y alvéolos mamarios, haciendo que las células alveolares proliferen, aumenten de tamaño y adopten una naturaleza secretora.

101

capítulo

Actividades 1. Describe con sus propias palabras los efectos de las hormonas gonadotrofinas (FSH y LH) en el varón. 2. Explica los cambios que experimentan las concentraciones de hormonas gonadotrofinas y hormona testosterona en el varón, en relación con los mecanismos de feed back. 3. Indica las estructuras principales que componen el aparato reproductor femenino y la función de cada una de ellas. 4. Explica los cambios que experimentan las concentraciones de hormonas gonadotrofinas y hormonas femeninas en relación a los mecanismos de feed back. 5. Establece la diferencia que existe entre menstruación y ovulación. 6.

Cada uno de estos gráficos representa la producción de una hormona. Al respecto señala a qué hormona corresponde cada gráfico y qué acción tiene durante el ciclo ovárico. 1.

4. 14

días

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9. Desarrollo prenatal y nacimiento

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Cuando el gameto femenino y masculino se han desarrollado gracias a la meiosis y maduración, y se depositan los espermatozoides en la vagina, es posible que ocurra un embarazo secuencia de eventos que se inicia con la fecundación, continúa con la implantación y el desarrollo tanto embrionario como fetal, hasta terminar normalmente con el nacimiento, unas 38 a 40 semanas después.

Capítulo 2

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9.1 Fecundación Corresponde a la fusión de un gameto masculino y un gameto femenino para dar origen al cigoto. La fecundación puede ser de dos tipos:

a. Externa Se presenta cuando el encuentro entre los gametos ocurre en el medio ambiente. Es propia de organismos acuáticos, en los cuales machos y hembras liberan al unísono sus gametos hacia el medio ambiente (agua). Allí sucede el encuentro y fecundación entre dichos gametos. En este caso, se produce gran cantidad de cigotos, de los cuales muy pocos llegan a convertirse en adultos. El encuentro de los gametos se ve beneficiado por un gran número de espermatozoides liberados y gran tamaño de los ovocitos.

b. Interna Está presente en los organismos terrestres. En este caso, los machos disponen de un aparato genital que les permite, durante la cópula, llevar sus espermatozoides hasta el tracto genital femenino, donde se produce la fecundación. Estos organismos producen muy pocos ovocitos y en algunas especies, como la nuestra, se produce solo uno, pero la fecundación y desarrollo del cigoto se asegura por el hecho de ser interna.

9.1.1 Fecundación interna Para que se presente la fecundación, se debe producir el encuentro entre el ovocito liberado durante la ovulación y un espermatozoide proveniente del semen depositado en la vagina. Por otro lado, los espermatozoides deben estar maduros y capacitados para lograr fecundar al ovocito; debido a esto, el espermatozoide una vez liberado a la luz del túbulo seminífero deberá sufrir algunos cambios. El primero ocurre en el epidídimo y se denomina maduración. Consiste en que el flagelo adquiere movilidad, gracias a cambios químicos y funcionales provocados por la influencia de sustancias secretadas por el epidídimo. El otro cambio importante del espermatozoide ocurre en el aparato reproductor femenino y se denomina capacitación. Este es un proceso por el cual se depuran factores inhibidores del líquido seminal, se retira colesterol de la membrana del espermatozoide y se redistribuyen las proteínas de la superficie. La capacitación también produce la reacción acrosómica, gracias a la cual se fusionan las membranas del espermatozoide con la del acrosoma, formando poros a través de los cuales se liberan las enzimas proteolíticas e hidrolíticas que permiten al espermatozoide atravesar las envolturas del ovocito. Solo así el espermatozoide, está en condiciones óptimas para lograr la fecundación del ovocito.

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Los abortos tempranos se pueden producir porque alguno de los gametos “envejece” esperando al otro para producir la fecundación. Por ejemplo, si el espermatozoide espera 72 hrs al ovocito, o si este espera por 24 hrs al espermatozoide. En tales casos, la fecundación genera un cigoto con aberraciones cromosómicas incompatibles con su desarrollo. Estos abortos también se pueden producir porque las secreciones que nutren al embrión contienen sustancias nocivas, como medicamentos que utiliza la madre, porque ignora su embarazo.

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Sabías que...

103

capítulo

9.1.2 Fases de la fecundación Una vez ocurrida la capacitación y la hiperactivación (vigorización de los movimientos espermáticos) se da curso a la fecundación, que para efectos didácticos la dividiremos en las siguientes etapas: a. Penetración de la corona radiada Los espermatozoides con su acrosoma intacto tratan de alcanzar la zona pelúcida avanzando entre la células foliculares. Se ayudan con la enzima hialuronidasa presente en la membrana plasmática, construyendo una especie de túnel por el que avanzan los espermatozoides gracias a la hiperactivación.

b. Reconocimiento y adhesión Los espermatozoides y la zona pelúcida se adhieren firmemente entre sí, ya que se han reconocido por medio de moléculas específicas, para cada especie.

c. Reacción acrosómica Esta reacción se desencadena cuando el espermatozoide toma contacto con la zona pelúcida, lo cual hace aparecer una serie de zonas de fusión entre la membrana del espermatozoide y la membrana del acrosoma, tras que se forman poros por medio de los cuales escapan las enzimas acrosómicas. La reacción acrosómica se produce gracias al reconocimiento de la proteína ZP3 de la zona pelúcida. La reacción acrosómica permite el desprendimiento de la corona radiada, el avance del espermatozoide a través de la zona pelúcida y la fusión de las membranas plasmáticas de ambos gametos.

d. Denudación Se refiere al desprendimiento de la corona radiada, cuyas células foliculares se separan y dispersan por la acción de la hialuronidasa que sale del acrosoma.

e. Penetración de la zona pelúcida Con la ayuda de la acrosina y la hialuronidasa se perfora la zona pelúcida generando un túnel por el cual avanza el espermatozoide, gracias a los movimientos de hiperactivación.

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f. Fusión

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Varios espermios pueden encontrarse penetrando la zona pelúcida, pero solo uno toma contacto con la membrana del ovocito II. Cuando esto ocurre, cesan los movimientos de hiperactivación, las membranas se fusionan y entre los citoplasmas se produce una continuidad que permite la entrada del contenido del espermatozoide. Una vez establecida la continuidad entre ambos citoplasmas ingresan en el ovocito la parte posterior de la cabeza, el cuello y la cola del espermatozoide. Finalmente, lo hace la parte anterior de la cabeza.

Capítulo 2

Reproducción y desarrollo

g. Bloqueo de la poliespermia Para bloquear la entrada de más de un espermatozoide (poliespermia), se produce la denominada reacción de la zona, que consiste en la exocitosis de las enzimas hidrolíticas de los gránulos corticales que se ubican por debajo de la membrana plasmática. Entre las enzimas expulsadas, está una proteasa que modifica la forma de la zona pelúcida provocando la inmovilización y expulsión de los espermatozoides atrapados en ella. Por otra parte, la membrana plasmática del cigoto pierde la capacidad de fusionarse con otros espermatozoides que se le acercan.

h. Activación Consiste en la reanudación de la meiosis II del ovocito, la expulsión del segundo polocito o corpúsculo polar; con lo que se termina de conformar al cigoto.

i. Formación de los pronúcleos masculino y femenino Los núcleos haploides del espermatozoide y del ovocito II se llaman pronúcleo masculino y pronúcleo femenino, respectivamente. Mientras se tornan esféricos, ambos pronúcleos se dirigen a la región central del óvulo donde se desenrollan los cromosomas y se replica el ADN.

j. Singamia y anfimixis Los pronúcleos se colocan uno muy cerca del otro en el centro del óvulo y pierden sus cariotecas (singamia). Entre tanto, los cromosomas duplicados vuelven a condensarse y se ubican en la zona ecuatorial de la célula, como una metafase mitótica común (anfimixis). La anfimixis representa el fin de la fecundación. Con ella, comienza la primera división mitótica de la segmentación del cigoto. Acrosoma

Corona radiada

Membrana acrosómica Zona pelúcida Región ecuatorial

Zona de membrana plasmática del ovocito

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Membrana plasmática del ovocito

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Espacio perivitelino

105

capítulo

Reacción cortical

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9.1.3 Consecuencias de la fecundación

106

• Formación del cigoto. • Se reestablece la diploidía a través de la unión de los pronúcleos haploides. • Se forma una célula completa desde el punto de vista estructural, donde la mayor parte es proporcionada por el óvulo. • Se determina el sexo cromosómico, que en el caso de la especie humana es responsabilidad del sexo masculino. • Se inician las divisiones mitóticas de la segmentación. Cabe hacer notar que la fecundación es altamente específica existiendo un reconocimiento entre los gametos, de manera que un gameto femenino no acepta ser fecundado por un gameto masculino de otra especie, aunque hay algunas excepciones entre especies muy relacionadas.

Capítulo 2

Reproducción y desarrollo

Sabías que... Si bien el estímulo habitual para la activación del óvulo es la penetración del espermatozoide, existen algunas variantes: En partenogénesis, los óvulos se activan y comienzan su desarrollo sin que participe el gameto masculino. Este proceso se verifica en algunas especies vegetales y animales. Por ejemplo, en las abejas, la abeja reina es fecundada una sola vez en su vida por un zángano. Durante el vuelo nupcial, almacena los espermatozoides en el receptáculo seminal, que dispone de los medios para nutrirlos por un largo período. Este receptáculo está unido con el oviducto, y al salir el óvulo se abre el túbulo de comunicación, y este se fecunda. Por lo tanto, la reina ovoposita un cigoto diploide que dará origen a una hembra. El que esta hembra se transforme en reina (fértil) u obrera (estéril), depende del tipo de alimentación que reciba en el estado larvario; las alimentadas con jalea real desarrollan su aparato genital y se transforman en reinas. Pero si el alimento es solo miel, tendremos una obrera con su aparato genital atrófico. Si al ovular la reina el túbulo permanece cerrado, la reina ovopositará un “óvulo virginal” (partenogenético) que llegará a desarrollar un zángano (macho), cuyas células serán monoploides. Por ello, tendrá una espermatogénesis modificada para dar espermios también haploides.

9.2 Desarrollo embrionario Los patrones básicos de desarrollo son notablemente semejantes en todo el reino animal y particularmente entre los vertebrados. Después de la fecundación, se inicia una serie de procesos que conducen a la formación de un nuevo ser completo y viable. Todos estos procesos, en conjunto, forman parte del desarrollo embrionario. Etapas del desarrollo embrionario: • Segmentación • Diferenciación celular • Morfogénesis

a. Segmentación

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Corresponde a sucesivas mitosis que experimenta el cigoto para aumentar el número de células (2,4,8,16,32, etc.). En la primera división aparece el llamado surco de clivaje que divide al cigoto en dos células, cada una de las cuales se denomina blastómero.

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107

capítulo

Mientras las divisiones continúan se originan cada vez blastómeros más pequeños. Después de la tercera segmentación, el contacto de los blastómeros entre sí es máximo y forman una bola compacta de células que se mantienen juntas por medio de uniones estrechas. Este proceso llamado compactación separa las células internas, que se comunican ampliamente por medio de uniones en hendidura, de las externas. La mayoría de las células descendientes de las células externas formarán lo que se denomina trofoblasto. En cambio, las células descendientes de las células internas generaran el macizo celular interno (este tejido dará origen al embrión). El resultado final de la segmentación es un conglomerado macizo de pequeñas células, que por su forma característica, recibe el nombre de “mórula” (aspecto de mora). La mórula aparece, aproximadamente, tres días después de la fecundación. Inicialmente la mórula no posee ninguna cavidad interna. Sin embargo, en un proceso llamado cavitación comienza a introducirse líquido, a través de la zona pelúcida, que es transportado hacia el interior de la mórula, creándose una cavidad conocida como blastocele. De esta manera, la masa celular interna es desplazada hacia un polo, conformándose un estado embrionario conocido como blastocisto. macizo celular (embrioblasto)

blastocele

trofoblasto

En el blastocisto, por lo tanto, se pueden reconocer: una masa de células conocida como macizo celular interno o embrioblasto, una cavidad blastocística o blastocele y una capa externa llamada trofoblasto. La masa interna de células originará los tejidos del embrión, mientras que el trofoblasto dará origen, junto con tejido endometrial, a la placenta. Durante el viaje del embrión a través de la trompa, la zona pelúcida se mantiene intacta y esto evita la adhesión del embrión a la pared de la trompa. Cuando el embrión alcanza el útero, sale a través de un agujero que se produce en la zona pelúcida y de esa manera puede adherirse a la pared uterina. Este fenómeno se conoce como hatching, y ocurre generalmente al 6º día después de la fecundación. Luego de la fecundación, el cigoto comienza a desplazarse por la trompa de Falopio (oviducto) hasta llegar al útero. Allí se producirá su implantación.

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La implantación puede ocurrir en cualquier sector de la mucosa endometrial, aunque habitualmente se produce en el tercio superior de la pared dorsal del útero.

108

Alrededor del 2° ó 3° día después de que el blastocisto llega al útero (6 días después de la fecundación), el trofoblasto hace contacto con el epitelio uterino. Desde ese momento el embrión comienza a producir una hormona conocida como Hormona Gonadotrofina Coriónica Humana (HCG), la cual estimula al cuerpo lúteo, por lo que este continúa sintetizando las hormonas progesterona y estrógenos. Esto impide la menstruación y, de esta manera, mantiene el embarazo.

Capítulo 2

Reproducción y desarrollo

En la región de contacto del blastocisto con el endometrio, las células trofoblásticas proliferan diferenciándose en dos tipos de tejidos, el citotrofoblasto y el sinciciotrofoblasto. Este último es el encargado de la penetración del blastocito, ya que fagocita el tejido endometrial. El blastocisto termina por penetrar al endometrio y la porción decidual que rodea al embrión comienza a expandirse de tal forma, que aparecen cavidades llenas de secreciones y sangre para otorgar nutrición al embrión.

Blastocisto

Implantación Orificio de la glándula endometrial

Epitelio cilíndrico sencillo del endometrio

(a) Vista externa, unos 6 días después de la fecundación

Estroma endometrial Epitelio sencillo Glándula endometrial

Trofoblasto

Vaso sanguíneo

Masa interna de células Blastocele

(b) Vista interna, unos 6 días después de la fecundación

Cavidad amniótica Citotrofoblasto Sinciciotrofoblasto Ectodermo Endodermo Vaso sanguíneo Cavidad amniótica (c) Vista interna, unos 7 días después de la fecundación

Finalmente, la misma decidua se convierte en una barrera mecánica e inmunológica frente a una mayor penetración de la pared uterina. La decidua corresponde al endometrio modificado por la implantación del embrión. Se divide en dos zonas, decidua basal y decidua parietal, las cuales se fusionan con una parte del corión. La decidua basal y el corion conforman la placenta.

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La implantación, según lo que hemos revisado, es un proceso único que requiere un diálogo entre dos organismos de diferente dotación inmunológica y genética: la madre y el embrión. El período en que este diálogo es posible se denomina ventana de implantación, la cual varía según la especie. En humanos se extiende desde el día 6 hasta el día 10 después de la ovulación; solamente en este período en que el trofoblasto puede adherirse y luego invadir el endometrio.

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109

capítulo

b. Diferenciación celular • Gastrulación: Al octavo día después de la fecundación, el blastocisto está parcialmente incluido en el endometrio, gracias al trofoblasto diferenciado.

El desarrollo embrionario continúa con la formación en el macizo celular interno o embrioblasto de una capa de células que se separa hacia un extremo, denominada amnios. La cavidad que la separa del embrioblasto se denomina cavidad amniótica. Las células restantes forman el disco embrionario, en el que se distinguen 2 capas de células: una superior o ectodermo y otra inferior endodermo. Más tarde las células del endodermo comienzan a migrar hacia abajo y dan lugar a otra cavidad, conocida como saco vitelino.

Posteriormente, se desarrolla un surco angosto en la superficie del ectodermo, conocido con el nombre de línea primitiva. De esa forma, las células del ectodermo comienzan a dividirse y migrar hacia el interior de este surco, formando una tercera capa de células embrionarias, dando origen al mesoderma.

La migración de las células embrionarias durante esta etapa, establecerá la formación de un embrión de 3 capas germinativas o embrionarias: ectoderma, mesoderma, endoderma.

Durante la tercera a la octava semanas de desarrollo, cada una de las tres hojas embrionarias da origen a varios tejidos y a la mayoría de los principales órganos y sistemas del cuerpo adulto.

En esta etapa del desarrollo, el embrión se denomina gástrula.

Epitelio cilíndrico sencillo

Estroma endometrial

Embrión Celoma extraembrionario

Cabeza Corazón Cola

Amnios

Corión

Ectodermo Mesodermo Endodermo

Tallo corporal

Saco vitelino Tallo corporal Sinciciotrofoblasto Mesodermo extraembrionario

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(d) Vista interna, unos 14 días después de la fecundación

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Celoma extraembrionario Cavidad amniótica

Vellosidades

Cavidad uterina

Saco vitelino Espacio intervelloso

(e) Vista interna, unos 25 días después de la fecundación

• Neurulación: En esta etapa, la región dorsal de la gástrula se aplana para formar la “placa neural”. Las células de su línea media comienzan a duplicarse rápidamente, con lo que se acercan hasta ponerse en contacto. En este momento se sueldan los bordes correspondientes, restituyéndose la continuidad del ectoderma dorsal. Así, el surco se transforma en “tubo neural”, que corresponde a un esbozo del futuro sistema nervioso. El embrión en este estado se conoce como neurula. El tubo neural deriva, como es fácil darse cuenta, del ectodermo dorsal. Esta estructura originará, en los vertebrados, la columna vertebral.

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Reproducción y desarrollo

c. Morfogénesis Durante esta etapa, se realiza la formación de órganos. Cada una de las 3 capas germinativas de la gástrula está destinada a producir tejidos específicos. En general, la capa más externa (ectoderma) dará origen a la piel, sistema nervioso central y órganos de los sentidos; el endoderma va a originar todos los epitelios: y el mesoderma, ubicado en la posición central, va a dar origen a los tejidos conectivos, muscular y sistema reproductor. Estructuras con origen en las tres hojas Germinativas Primarias Origen Ectodérmico Sistema nervioso central. Sistema nervioso periférico. Epitelio de órganos de los sentidos: oído nariz boca ojos Epidermis y derivados: • Glándulas cutáneas • Pelo • Uñas Esmalte dental Hipófisis Glándulas mamarias

Origen Mesodérmico

Origen Endodérmico

Tejido conectivo cartílago hueso. Tejido muscular. Sistema Circulatorio (paredes corazón, vasos sanguíneos, células sanguíneas). Médula ósea. Tejido linfático. Corteza suprarrenal. Bazo. Dermis de la piel. Riñones y uréteres. Gónadas y conductos genitales.

Epitelio de: Tubo digestivo y glándulas anexas (hígado y páncreas). Vejiga, uretra. Sistema respiratorio (laringe, tráquea y pulmones) Faringe Trompa de Eustaquio Tiroides Paratiroides Timo Caja del tímpano Amígdalas

9.3 Anexos embrionarios Un organismo en desarrollo necesita de: • Nutrientes que le proporcionen energía, así como reservas para el desarrollo y crecimiento. • Un medio acuoso que impida la desecación. • Protección contra el medio ambiente. Los peces y anfibios llevan a cabo su desarrollo en el agua, de manera que el problema de proteger y nutrir al embrión se ve resuelto, ya que el medio líquido le proporciona casi todo lo necesario. Además poseen huevos con gran cantidad de vitelo que nutre al embrión. Asimismo, los embriones son capaces de alimentarse por su cuenta hasta convertirse en individuos adultos.

A continuación, se analizará cada uno de estos anexos:

Adquiere gran importancia en ovíparos, ya que aquí se almacena el vitelo que servirá de alimento al embrión hasta que se rompa el huevo y nazca el nuevo ser. En los mamíferos placentados no tiene función nutritiva, ya que sus huevos no poseen vitelo. Sin embargo, participa en la formación de las células germinativas destinadas a formar los gametos. Por otra parte, el saco vitelino forma los primeros vasos sanguíneos y glóbulos rojos del embrión.

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a. Saco vitelino

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Los organismos terrestres han desarrollado estructuras que les permiten desenvolverse en un medio seco. Los reptiles y aves son organismos ovíparos y el desarrollo embrionario ocurre dentro de un huevo. Este consta de la cáscara (que en el caso de los reptiles es blanda y suave mientras que en las aves es dura y cubierta de material calcáreo), una masa de vitelo o yema (reservas nutricias), la albúmina (clara) y un embrión con cuatro anexos embrionarios: saco vitelino, alantoides, amnios y corion.

111

b. Alantoides

capítulo

Es muy importante en reptiles y aves, debido a que acumula los productos de desecho metabólicos del embrión y participa en el intercambio gaseoso junto al corion. En los mamíferos, no cumple esta función, ya que los desechos son eliminados a través de la madre; pero sirve para formar inicialmente la sangre y después sus vasos sanguíneos que forman parte de la conexión entre la madre y el feto.

c. Amnios Es una delgada membrana que cubre al embrión, dejando una cavidad llena de líquido a su alrededor, la cavidad amniótica. El líquido amniótico está compuesto por agua (98 a 99%), iones, carbohidratos, proteínas y lípidos. Además posee células descamadas del amnios y células y pelos desprendidos de la piel fetal. El volumen de líquido amniótico aumenta a medida que progresa el embarazo. A los ocho meses es de 800 mL aproximadamente, luego se reduce y al nacimiento es de unos 500 mL. El líquido amniótico mantiene una presión uniforme sobre el feto, de tal forma que se desarrolle sin deformarse. Además impide que el feto se adhiera al amnios, le provee una temperatura adecuada, amortigua los golpes y absorbe las presiones derivadas de las contracciones uterinas durante el parto.

d. Corion Recubre totalmente al embrión y al resto de los anexos. En los ovíparos, está en contacto con la cáscara porosa, lo que permite una buena superficie para el intercambio de gases con el medio. En los mamíferos, la porción del corion en contacto con el endometrio forma la placenta. Además produce la hormona gonadotrofina coriónica humana.

e. La placenta

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En los mamíferos, el embrión se desarrolla en el interior de la madre, ya que presentan una estructura fundamental, la placenta. Este anexo se encuentra presente solo en los mamíferos superiores llamados euterios (mamíferos placentados). En los metaterios (mamíferos marsupiales, sin placenta) existe el marsupio, que es una especie de bolsa en donde el embrión termina su desarrollo. Los prototerios (los mamíferos más primitivos) ponen huevos, como el “ornitorrinco”.

112

La placenta se origina a partir del corion fetal que emite una serie de vellosidades (secundarias y terciarias), que le dan un aspecto frondoso, del tejido de la pared uterina, llamado decidua basal. De esta manera se distinguen dos partes de la placenta: una fetal derivada del corion y otra materna. Las sangres materna y fetal nunca se mezclan.

Amnios

Embrión Cordón umbilical Arteria umbilical Vena umbilical

Cavidad amniótica

Corion Espacio lleno de sangre materna Vellosidad coriónica Pared uterina Vena uterina Arteria uterina

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Reproducción y desarrollo

La barrera placentaria está formada por las paredes de los vasos sanguíneos fetales, el mesoderma embrionario, el citotrofoblasto y el sinciciotrofoblasto. A partir del cuarto mes, solo quedan el primero y el último de los constituyentes de esta barrera. Las funciones de la placenta son: • Intercambiar sustancias nutritivas y de desecho entre la madre y el feto. Desde este punto de vista, la placenta reemplaza a los sistemas digestivo, respiratorio y excretor del feto. • Producir hormonas como la gonadotrofina coriónica (que mantiene el embarazo durante los primeros tres meses), estrógeno, progesterona, relaxina (esta hormona ayuda a dilatar el cuello uterino, entre otras funciones) y somatomamotrofina coriónica o lactógeno placentario. • Protege al feto permitiendo el paso de anticuerpos desde la madre al feto, los que le proporcionarán inmunidad hasta después del parto. • Almacenar glucosa en forma de glucógeno, y cuando sea necesario poner esta glucosa a disposición del feto. Además, almacena proteínas, hierro, calcio y vitaminas. • Actúa como una barrera protectora contra numerosos microorganismos. Sin embargo, algunos virus pueden atravesarla, como el virus del sarampión, varicela, SIDA, entre otros. Por otro lado, casi todos los medicamentos, otras sustancias (como, el alcohol) y muchos otros compuestos que pueden causar defectos congénitos, cruzan de manera irrestricta la placenta.

f. Cordón umbilical Existe en los mamíferos con placenta. Al término de la gestación llega a medir entre 50 y 60 cm de longitud. Tiene forma tubular, y relaciona al embrión y luego al feto con la placenta. Está formado por vasos sanguíneos (1 vena y 2 arterias), saco vitelino y alantoides. Los vasos sanguíneos se encargan del transporte de sustancias que entran (nutrientes, O2, etc.) y salen (desechos metabólicos) del embrión o feto.

9.4 Desarrollo o crecimiento fetal A los dos meses de gestación, el embrión humano ya puede ser reconocido como tal. En este momento comienza la osificación y el crecimiento de todas las estructuras corporales y pasa a denominarse feto. El estado fetal se caracteriza por un continuo crecimiento, el que se acompaña por una maduración de las diferentes partes y estructuras que lo componen.

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113

capítulo

A medida que pasan los meses, se observan los cambios, que mencionaremos a continuación:

3 mes

4 mes

El feto mide 75 mm. Sus ojos ya se han desarrollado casi por completo, aunque los párpados todavía se encuentran fusionados. Continúa la osificación. Se inicia la formación de uñas. Es detectable el latido cardíaco, y ya es posible reconocer el sexo, pues los genitales externos están completamente diferenciados. La cabeza es más grande en relación al resto del cuerpo. La cara adquiere rasgos humanos y aparece pelo en la cabeza. Se observan las extremidades (en especial los dedos) completamente configuradas, y el feto se mueve dentro del saco amniótico.

mes

La cabeza está menos desproporcionada en relación con el resto del cuerpo. Se forma la grasa parda que es el sitio de producción de calor. El cuerpo está completamente cubierto por un vello muy fino conocido como lanugo. Continúa el desarrollo acelerado de los sistemas corporales. Su tamaño aproximado es de 25 a 30 cm.

Se pueden identificar las cejas y pestañas. Se arruga la piel y ocurre otro aumento corporal considerable.

mes

7 mes

La piel se ve rojiza y arrugada. La cabeza y el cuerpo están más proporcionados. Se inicia el descenso de los testículos al escroto. El feto está de cabeza y puede sobrevivir fuera del útero con cuidados médicos.

Se acumulan grasas bajo la piel. Esto hace que desaparezcan las arrugas.

mes

9 mes

Se acumula más grasa subcutánea y el lanugo se desprende. Por lo tanto, tenemos a un individuo listo para nacer. Al término del embarazo el feto mide unos 50 cm de longitud y lleva 280 días de gestación.

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Placenta

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Resto del saco embrionario Cordón umbilical

Vellosidades coriónicas

Corión Amnios Cavidad amniótica Tapón cervical

Endometrio Músculo uterino Cavidad uterina

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9.4.1 Hormonas del embarazo

La relaxina es una hormona que se produce primero en el cuerpo lúteo y luego en la placenta. Su función es aumentar la flexibilidad de los huesos y ligamentos de la zona pélvica, además de estimular la dilatación del cuello uterino durante el parto. Otra hormona, producida durante el embarazo, es la hormona somatomamotrofina coriónica humana o lactógeno placentario. Se piensa que esta hormona prepara a las glándulas mamarias para la lactancia, mejora el crecimiento de la placenta, incrementa la síntesis de proteínas y regula ciertos aspectos del metabolismo materno-fetal, por ejemplo, aumenta la afinidad del feto por la glucosa.

Concentración en la orina

Durante los primeros tres meses de embarazo, el cuerpo lúteo continúa secretando estrógenos y progesterona, las cuales, como ya vimos, mantienen el revestimiento uterino durante la gestación y preparan a las glándulas mamarias para la lactancia. Esto se consigue gracias a la secreción de otra hormona, la gonadotrofina coriónica humana, producida primero por el trofoblasto y luego por el corion placentario. Recordemos que esta hormona estimula al cuerpo lúteo para que este siga produciendo estrógenos y progesterona. Desde el tercer mes hasta el final del embarazo, la placenta se encarga de producir en grandes cantidades dichas hormonas, necesarias para la continuación del embarazo. Después del parto, los niveles de estrógenos y progesterona disminuyen hasta llegar a los valores Parto Gonadotrofina normales en mujeres no embarazadas. coriónica

Estrógenos

Progesterona

1 2

3 4

5 6 7 8 9 10

Meses después del comienzo de la última menstruación

10. Parto La fecha de parto se calcula aproximadamente 266 días después de la concepción, o 290 días después del comienzo del último período menstrual. En pocas ocasiones nacen bebés en la fecha indicada, pero aproximadamente el 75% nace durante las dos semanas anteriores o posteriores a la fecha. A medida que se acerca el término del embarazo, se producen cambios hormonales que inducen al parto, disminuye la producción de progesterona por parte de la placenta, aumenta la producción de estrógenos y el hipotálamo libera la hormona oxitocina.

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El control de las contracciones durante el parto se realiza gracias a un feed back positivo. Los receptores de estiramiento del cuello del útero envían impulsos nerviosos al hipotálamo. Este, al recibir la información, libera oxitocina en los capilares del lóbulo posterior de la hipófisis. Luego viaja por la sangre hasta el miometrio, donde estimula la contracción de este músculo. Al intensificarse las contracciones uterinas el cuerpo del feto estira aún más el cuello uterino, lo que provoca una mayor liberación de oxitocina. Al ocurrir el nacimiento, se rompe el ciclo, por lo que disminuye la producción de la hormona.

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La oxitocina estimula las contracciones uterinas y la relaxina incrementa la flexibilidad de la zona púbica y participa en la dilatación del cuello uterino. Todo esto produce fuertes contracciones uterinas, se rompe el corion y el amnios, lo que causa salida del líquido amniótico. El cuerpo del feto ejerce presión sobre las paredes del útero.

115

capítulo

El parto puede dividirse en las siguiente etapas: a. Dilatación Placenta

Dura entre 2 a 16 horas, con intervalos de 15 a 20 minutos, incluye contracciones relativamente suaves al principio y fuertes hacia el final. Comienza con el inicio de las contracciones del útero y termina con la apertura completa o dilatación del cuello uterino que en esos momentos ha alcanzado 10 cm de diámetro; durante esta etapa, además, se produce la ruptura del saco amniótico con la expulsión de fluidos.

Útero Cordón Umbilical Cervix Vagina

Dilatación

b. Nacimiento Dura entre 2 a 60 minutos, se inicia cuando el cuello uterino está completamente dilatado y aparece la cabeza del feto en el canal del parto. Las contracciones duran entre 50 a 90 segundos y están separadas por uno a dos minutos.

c. Alumbramiento Comienza una vez que el bebé ha nacido. Comprende las contracciones del útero y la expulsión de fluido, sangre y la placenta junto al cordón umbilical. La placenta ahora pesa 500 gr, aproximadamente 1/6 del peso del bebé. Luego de la salida de la placenta continúan produciéndose contracciones uterinas menores que ayudan a detener el flujo de sangre y a que el útero retorne a su tamaño y condición previa al embarazo.

Placenta desprendiéndose

Cordón umbilical

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Alumbramiento

Después del nacimiento y la expulsión de la placenta, hay un periodo de seis semanas en el cual los órganos reproductores y la fisiología de la mujer regresan al estado que tenían antes del embarazo. Este período se denomina puerperio. Ocurre la reducción considerable del tamaño del útero y gracias a un proceso de catabolismo tisular, el cervix pierde su elasticidad y recupera la firmeza que tenía antes del embarazo.

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Nacimiento

Por espacio de dos a cuatro semanas después del parto, las mujeres expulsan un exudado uterino, llamado loquios, formado inicialmente por sangre y luego de un líquido seroso que proviene del sitio que ocupaba la placenta.

116

Capítulo 2

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11. Lactancia La lactancia es la secreción y expulsión de leche desde las glándulas mamarias. Las mamas comienzan a desarrollarse en la pubertad. Este desarrollo es estimulado por los estrógenos. Asimismo, durante el embarazo se produce un crecimiento mucho mayor de las mamas, y solo entonces el tejido glandular queda preparado y se desarrolla completamente para secretar leche. En el embarazo, las enormes cantidades de estrógenos secretados por la placenta hacen que los conductos mamarios crezcan y se ramifiquen. Simultáneamente, el estroma glandular aumenta de volumen y grandes cantidades de grasa se depositan en el mismo.

Pezón

Tejido adiposo

Alveólos

Conductos

Glándulas Mamarias

También son importantes para el crecimiento de los conductos otras hormonas: la hormona del crecimiento, la prolactina, la glucocorticoides suprarrenales y la insulina. Finalmente, para que se produzca el desarrollo completo de las mamas y estas se conviertan en órganos productores de leche se necesita, además, la progesterona.

11.1 Comienzo de la lactancia: función de la prolactina La prolactina (PRL) es una hormona secretada por la adenohipófisis (lóbulo anterior de la hipófisis), que promueve la producción de leche. A medida que los niveles de esta hormona aumentan conforme avanza el embarazo, no hay secreción de leche, debido a que la progesterona inhibe los efectos de la prolactina. Después del parto disminuye la concentración de estrógenos y progesterona, interrumpiéndose dicha inhibición. Sin embargo, cada vez que la madre amamanta al hijo, la succión del pezón genera impulsos nerviosos que se transmiten al hipotálamo, el cual disminuye la producción de la hormona inhibidora de prolactina y aumenta la de la hormona liberadora de prolactina. Esto produce que la adenohipófisis libere prolactina, la cual luego actúa sobre las glándulas mamarias estimulando la producción de leche.

11.2 Eyección de la leche: función de la hormona oxitocina La leche es secretada continuamente y se vierte en los alvéolos, pero esa leche no pasa hacia los conductos que la llevan finalmente al pezón. Para que el bebé reciba la leche debe ser impulsada desde los alvéolos a los conductos galactóforos. Este proceso se conoce como“ subida de la leche” y se debe a un reflejo combinado, neurógeno y hormonal, en el que interviene la hormona oxitocina.

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La oxitocina provoca la liberación de leche en los conductos mamarios. La succión del pezón hace que el hipotálamo secrete oxitocina. Esta hormona al llegar a las glándulas mamarias estimula la contracción de las células mioepiteliales que rodean los conductos glandulares. La compresión resultante desplaza la leche de los alvéolos de las glándulas a los conductos mamarios, donde es posible su succión (expulsión de la leche). Aunque esta no ocurre realmente hasta 30 a 60 segundos después de iniciada la succión, algo de leche almacenada en los conductos cercanos al pezón está disponible para el lactante.

117

capítulo

La succión de una mama produce el flujo de leche no solo en esa mama, sino también en la otra. Estímulos no relacionados con la succión, como oír el llanto del bebé, acariciar al bebé, a menudo proporciona una señal de emoción al hipotálamo capaz de producir el descenso de la leche. Hacia fines del embarazo, y en los primeros días después del parto, las glándulas mamarias secretan un líquido lechoso, conocido como calostro. Aunque no es tan nutritivo como la leche, ya que contiene menos lactosa y está casi desprovisto de grasas, resulta adecuado hasta la aparición de la leche verdadera, hacia el cuarto día después del parto. El calostro y la leche materna contienen anticuerpos que protegen al lactante durante los primeros meses de vida. Es frecuente que la lactancia bloquee el ciclo ovárico durante los meses que siguen al parto, suponiendo que la frecuencia de la succión es de 8 a 10 veces al día. Sin embargo, se trata de un efecto inconstante y la ovulación, normalmente, se presenta un poco antes de la menstruación subsiguiente al parto.

11.3 Composición de la leche La siguiente tabla enumera los contenidos de la leche humana y de la leche de vaca. Tabla: Composición de la leche materna y la de vaca Agua Contenido energético (kcal/100 mL)

Leche humana madura

Leche de vaca

88%

Lactosa (g/100 mL)

7.3

4.8

Nitrógeno total (mg/100 mL)

171

550

Proteínas totales (g/100 mL)

0.9

3.3

Caseína (g/100 mL)

0.25

2.73

Lactoalbúmina (g/100 mL)

0.26

0.11

0.36

Beta-lactoalbúmina (g/100 mL) Lactoferrina (g/100 mL)

0.17

Trazas

Lisozima (g/100 mL)

0.05

Trazas

Anticuerpos (IgA) (g/100 mL)

0.14

0.003

Grasas totales (g/100 mL)

4.2

3.8

Ácido linolénico (% de la grasa)

8.3

1.6

Colesterol (mg/100 mL)

Calcio (mg/100 mL)

125

Fósforo (mg/100mL)

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a. Ventajas para el niño

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Al observar los valores que en la tabla se presentan, podemos darnos cuenta de que la alimentación de un bebé a base de leche materna le aporta mayores beneficios que la alimentación con leche de vaca. El amamantamiento del niño hace que reciba el “único” alimento con la composición y equilibrio de nutrientes que necesita para el correcto desarrollo de su sistema nervioso y su aparato locomotor. Se estima que es correcto amamantar al niño hasta el 6° mes y luego completar la lactancia con papillas y sólidos.

Capítulo 2

Reproducción y desarrollo

Otros beneficios son: • Protección contra organismos patógenos. En la leche humana se encuentran diversos tipos de leucocitos y anticuerpos, los cuales actúan sobre cualquier microorganismo patógeno, presente en el cuerpo del bebé. • Disminución de la frecuencia de enfermedades. El amamantamiento reduce levemente el riesgo de linfomas, enfermedades cardíacas, alergias, diarreas, etc. • Mejora el desarrollo neurológico e intelectual. • Intensifica la relación materno-fetal.

b. Ventajas para la mujer Mejora su autoestima, logra más fácil el establecimiento del apego y relación madre-hijo en los que se manifiestan sentimientos positivos de satisfacción personal, para lograr la recuperación física y emocional luego del parto. También disminuye la incidencia de patologías como el sangrado posparto, la anemia, el cáncer de útero, ovario y mama, la osteoporosis postmenopáusica.

c. Ventajas para la sociedad Disminuye la mortalidad infantil, así como el ausentismo laboral materno por enfermedad del niño. Se ha demostrado que los adultos que fueron amamantados tienen menor incidencia de: • • • •

Aterosclerosis Obesidad Hipercolesterolemia Colitis ulcerosa

12. Hormonas, crecimiento y desarrollo El crecimiento y desarrollo son procesos mediante los cuales una simple célula se puede transformar en un alerce o en un puma. Sin embargo, una de las diferencias notorias entre plantas y animales, es el hecho de que mientras los animales dejan de crecer al alcanzar la madurez, aunque las células de los tejidos de recambio como la piel siguen dividiéndose, las plantas siguen creciendo durante toda su vida. Para continuar, debemos recordar que el proceso de crecimiento se define como un aumento de tamaño, debido a un incremento en el número de células; a un aumento de tamaño de las células existentes como componentes internos o bien del tamaño de las sustancias intercelulares. Desarrollo, en tanto se define como el proceso por el cual un organismo se convierte en adulto a partir de un óvulo fecundado y finalmente se muere. Ambos procesos son llevados a cabo bajo control hormonal.

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Las funciones que tienen relación con el crecimiento y el desarrollo son las que desarrollaremos a continuación.

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Control Hormonal. Las hormonas son sustancias de diversa naturaleza química que ejercen un control a distancia del lugar de síntesis. Las hormonas están encargadas de regular distintas funciones dentro del organismo, tales como el crecimiento, la reproducción, el metabolismo, la producción de calor, etc. Las hormonas cumplen un importante papel dentro de la homeostasis, concepto que se refiere a la mantención de un estado de equilibrio interno.

119

capítulo

12.1 Control del crecimiento y desarrollo de los animales El crecimiento y desarrollo de animales está controlado por la información genética y algunas hormonas del sistema endocrino. Entre estas hormonas podemos mencionar: a. Hormona del crecimiento (hGH) Esta hormona actúa sobre casi todas las células del cuerpo. Se produce en el lóbulo anterior de la hipófisis o adenohipófisis. Se caracteriza porque en gran parte hace su acción en forma indirecta sobre los tejidos, fomentando la síntesis y liberación de hormonas proteicas pequeñas llamadas factores de crecimiento insulinoides (FCI), secretados por células del hígado y tejidos como músculo esquelético, huesos, cartílago y otros. Los FCI pueden actuar tanto como sustancias autocrinas (actúan sobre las células que las produce) como paracrinas (actúa sobre células vecinas, del mismo tejido donde se produce el factor). Su función es hacer crecer a las células, estimular la división celular aumentando el ritmo al que los aminoácidos entran en ellas y son utilizados en síntesis proteica. Además inhiben la degradación proteica, y el uso de aminoácidos en la síntesis de ATP. Gracias a los efectos de los FCI, la hGH aumenta el ritmo de crecimiento de los huesos y músculos durante la niñez y adolescencia. En los adultos ayudan a mantener la masa ósea y muscular, fomentan la cicatrización de heridas, reparación de tejidos y tiene un efecto diabetógeno en el organismo, entre otros efectos. La secreción de hGH es liberada en ráfagas en intervalos de varias horas, especialmente durante el sueño. Otros estímulos que fomentan la secreción de hGH son el descenso de la concentración de ácidos grasos y el ascenso de aminoácidos en la sangre, el sueño profundo, el aumento de la actividad del sistema nervioso simpático y la acción de otras hormonas como son glucagón, estrógenos, cortisol e insulina. Los estímulos que inhiben la secreción de hGH son los elevados valores de ácidos y bajos de aminoácidos, sueño de movimientos oculares rápidos, privación emocional, obesidad, concentraciones bajas de hormonas tiroideas y los valores elevados de hGH misma. Gran parte de las variaciones en la estatura humana se deben a diferencias en la secreción de la hGH. La deficiencia de la hormona en la infancia produce enanismo; el exceso, también durante la niñez, produce gigantismo, y el exceso de la hormona en la edad adulta causa acromegalia. Esta última enfermedad se caracteriza porque ya que en la edad adulta no hay crecimiento longitudinal, se produce engrosamiento óseo de manos, pies, mejillas y maxilar inferior.

b. Hormonas tiroides

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Sintetizadas en la glándula tiroides, elevan la tasa metabólica, estimulan la liberación de glucosa y proporcionan energía.

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En los animales jóvenes; incluido el ser humano, las tiroxinas ayudan a regular el crecimiento, estimulando tanto la tasa metabólica como la maduración del sistema nervioso. La secreción excesiva de tiroxina en vertebrados jóvenes puede causar un desarrollo precoz. En 1922 se demostró que un exceso de esta hormona puede causar una metamorfosis temprana en renacuajos.

c. Hormonas sexuales • Estrógenos y progesterona: Hormonas producidas en las gónadas femeninas. Los ovarios regulan el ciclo reproductivo, preservan el embarazo, preparan las glándulas mamarias para la lactancia y se encargan del desarrollo y conservación de las características sexuales secundarias.

Capítulo 2

Reproducción y desarrollo

• Testosterona: Hormona producida en la gónada masculina, el testículo. Regula la producción de espermatozoides, estimula el desarrollo y conservación de las características sexuales secundarias.

12.2 Control del crecimiento y desarrollo de las plantas Los organismos vegetales, al igual que los organismos animales, producen señales químicas llamadas hormonas. El efecto de estas se realiza en los diferentes tejidos de la planta, regulando su crecimiento, su desarrollo, sus actividades metabólicas y sus respuestas a estímulos, como el tropismo. Se conocen los siguientes tipos de hormonas vegetales: auxinas, citocininas, etileno, ácido abscísico, giberalinas, florigenos, ácido jasmónico y ácido salicílico. En las siguientes páginas, estudiaremos estas hormonas y su importancia para el humano en su aplicación comercial.

Sabías que... El tropismo es la respuesta de crecimiento que implica la curvatura de una planta en sentido contrario o hacia el estímulo externo que determina la dirección del movimiento.

a. Auxinas o ácido indolacético o IAA El IAA es un derivado del triptófano y se produce en los meristemas apicales de los vástagos. También es producido por hojas jóvenes, flores, embriones y frutos. Su transporte a todos los tejidos vegetales se realiza en dirección única: de vástago a la raíz. Tiene por función regular la dirección de crecimiento de tallos (vástago) y raíces. Promueve el alargamiento celular, estimula la dominancia apical, estimula el crecimiento de tallos y raíces, promueve el alargamiento celular, participa de las respuestas trópicas, estimula la producción de etileno. En las plantas leñosas también desempeña un papel en la iniciación estacional de la actividad en el cambium vascular. El tratamiento con auxinas en las partes femeninas de la flor, es decir, en el gineceo, hace posible la obtención de un fruto partenocárpico (un fruto originado sin que exista fecundación), por lo que no se produce semilla. Este proceso permite en algunas especies la obtención de frutos sin semilla, tales como uva, tomates, pepinos y berenjenas sin semillas.

Lado iluminado del coleóptilo

Sabías que... partenocárpico proviene de un vocablo griego parthenos, que significa “virgen” o “doncella”, es decir, un fruto originado sin haber sido fecundadas sus semillas.

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Estas hormonas tienen semejanza a la adenina, aunque se desconoce si esto tenga algún beneficio para su acción. Se encuentran característicamente en tejidos que están en división activa como los meristemas, las semillas en germinación, frutos en maduración y en raíces en crecimiento.

Rayos de luz

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b. Citocininas o Citoquininas

Lado sombreado del coleóptilo

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capítulo

Los estudios sobre estas hormonas han demostrado que son necesarias para la división celular en algunos procesos posteriores a la replicación del ADN, pero anterior a la mitosis. También tienen por función incrementar la tasa de síntesis proteica. Se piensa que parte de las proteínas resultantes pueden ser necesarias para la división celular. Al estimular la división celular revierte la dominancia apical, interviene en el crecimiento del vástago, estimula la formación de yemas en los tallos, estimula la expansión foliar, incrementa la apertura estomática en algunas especies, estimula el desarrollo del fruto y demora la senescencia de las hojas, al estimular la movilización de nutrientes y la síntesis de clorofila. Finalmente, estimula la dormancia que presentan las yemas y semillas de algunas especies. El tratamiento con citocinas se aplica a los cerezos antes que la yema se hinche para liberarlas de la dominancia apical. En los manzanos, se usa en el eje cuando el crecimiento del brote tiene 3 a 10 centímetros. Estimulan la formación de tubérculos en patatas.

Vástago se refiere a las porciones que se encuentran encima de la superficie del suelo, como los tallos y las hojas de una planta vascular.

• La relación Auxinas - Citocininas: La interrelación que se establece entre las auxinas y las citocininas, ayudan a regular mutuamente el crecimiento del vástago y la raíz. Esta regulación es importante porque ambos sistemas son el sustento nutricional de las plantas. La raíz en crecimiento produce grandes cantidades de citosina, que estimula las yemas laterales para que comiencen a brotar. Si el sistema de raíces no está creciendo al ritmo a) Sin corte de yema. b) Corte de yema apical. adecuado, el vástago produce menos citocinina, frenando su crecimiento. Simultáneamente se producen más auxinas en el tallo en crecimiento, lo que estimula el crecimiento y ramificación de las raíces de esta forma. Raíz y tallo no pueden crecer desproporcionadamente uno en relación al otro.

c. Etileno

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El etileno es un hidrocarburo gaseoso (H2C=CH2). Tiene por función estimular la maduración del fruto, la senescencia de las hojas y flores, la abscisión de hojas y frutos. Puede ser efector de la dominancia apical bajo la influencia de las auxinas, estimula la apertura de las flores, inducen la feminidad de plantas monoicas y parece jugar un papel importante en la formación de raíces adventicias.

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En una hormona inusual, ya que es un compuesto del que se conocían sus efectos sobre el crecimiento de los frutos desde el antiguo Egipto donde se trataba con gas los higos para estimular su maduración y en la antigua China donde se quemaba incienso en habitaciones cerradas para madurar las peras.

El tratamiento con etileno se utiliza para mejorar la coloración de los frutos cítricos, acelerar la maduración y caída de flores y frutos. Se emplea para producir la maduración de manzanas y tomates; para promover la feminidad de las cucurbitáceas más conocidas como melón, calabaza, pepino etc; para prevenir la autopolinización e incrementar su producción.

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Capítulo 2

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d. Ácido Abscísico o ABA Esta hormona es un compuesto parcialmente producido a partir de ácido meválonico en cloroplastos y otros plastidios. Se propone su biosíntesis a partir de la degradación de carotenoides y es muy abundante en las bases ováricas de los frutos. Tiene por función estimular el cierre de estomas durante periodos de estrés hídrico de la planta; inhibe el crecimiento del tallo, pero no de las raíces; en las semillas induce la síntesis de proteínas de almacenamiento; inhibe el efecto de las giberalinas. Puede ser necesario para la senescencia y abscisión de las hojas e induce y mantiene la latencia (estado de letargo) de ciertas especies. Finalmente, parece tener un papel en la defensa contra agentes patógenos. Actualmente, no existen muchos usos prácticos para el ABA debido al escaso conocimiento de su fisiología y bioquímica. Sin embargo, el ABA puede tener una importancia enorme en el futuro de la agricultura, particularmente en zonas desérticas. Hay razones para creer que la tolerancia de algunas plantas a condiciones de estrés, tales como la sequía, está directamente relacionada con su capacidad para producir ABA.

e. Giberelinas Hasta el momento, esta hormona, presenta 90 variantes aisladas de diferentes vegetales, principalmente de plantas superiores. Se presenta en concentraciones variables en todos los órganos de la planta, pero la mayor concentración se encuentra en la semilla inmadura. Estimulan el alargamiento del vástago, el crecimiento desmandado, la floración en plantas bienales; regulan la producción de enzimas hidrolíticas en los granos o semillas; sustituyen los días largos y las temperaturas frías requeridas por algunas especies para su floración; inducen la partenocarpia en algunos frutos; inhiben la dormancia de yemas y semillas de algunas especies; retrasan la maduración de frutos; inducen la masculinidad en plantas monoicas; y pueden retrasar la senescencia de hojas y frutos cítricos. Con esta hormona, el tratamiento se utiliza para incrementar el tamaño de los granos de uva sin semillas. Produce la elongación del fruto en las manzanas y se utiliza para modificar la forma de las manzanas tipo Delicius bajo determinadas circunstancias. En los cítricos, la aplicación de giberelinas retrasa la senescencia, por lo que los frutos pueden dejarse más tiempo en el árbol, retrasando así su comercialización.

f. Florígenos También llamados hormonas de la floración o estímulo floral, controlan el tiempo de floración en las plantas. Se caracterizan porque pueden pasar de un tejido vegetal a otro, si entre ambos hay conexiones anatómicas de tejido vivo. Específicamente se mueven a través del sistema floemático. Sin embargo y a pesar de la existencia de evidencias de sustancias tanto inhibidoras como inductoras de la floración, los intentos por aislarlas han sido hasta ahora infructuosos.

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Esta hormona es conocida, ya que es un compuesto del que deriva la aspirina. Su nombre proviene de Salix, más conocido como sauce llorón, árbol cuyas hojas y corteza tradicionalmente se utilizan para curar el dolor y la fiebre. El ácido salicílico deriva de un grupo de sustancias conocidas como fenólicos, que están relacionadas con procesos fisiológicos y de adaptación en las plantas. Se ha encontrado en los tejidos de todas las plantas que han sido analizadas, tales como la soya, el arroz y la cebada.

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g. Ácido salicílico

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capítulo

Tiene por función la inhibición de la síntesis de etileno. Retrasa la senescencia, induce la floración, ayuda a responder al estrés ambiental, actúa inhibiendo la producción de una hormona vegetal denominada ácido jasmónico (de estructura similar a una prostaglandina). Además, aumenta la resistencia a las infecciones, activando la respuesta inmunológica, especialente a los ataques virales. Actualmente se cuenta con análogos funcionales del ácido salicílico que se utilizan con éxito a nivel comercial en el control y prevención de ciertos patógenos. Por otra parte, aunque el ácido salicílico imparte cierta resistencia al estrés causado por temperaturas extremas, por presencia de metales pesados y por herbicidas sus aplicaciones en el alivio del estrés ambiental han sido poco estudiadas. Estos resultados experimentales indican la potencial utilidad del mencionado compuesto, sus derivados y análogos en el manejo agronómico de cultivos.

h. Ácido jasmónico El ácido jasmónico y sus derivados fue aislado como aceite esencial de plantas como el jazmín. Sin embargo, hoy se sabe que son compuestos ampliamente distribuidos en las plantas. Se conoce desde hace largo tiempo por su función en la germinación de las semillas y los procesos de senescencia de las plantas. Además, promueve la abscisión de hojas y el enrollamiento de zarcillos; inhibe la germinación de la semilla y la fotosíntesis, y actúa como regulador del crecimiento. En los últimos estudios, también se ha descubierto que participa de respuestas a estrés en plantas. Su producción es estimulada por una herida, signo detonador de defensa contra microorganismos, ya que al aumentar su concentración interna favorece la síntesis de una serie de metabolitos con actividad antimicrobiana. Comercialmente aún no tiene un amplio uso, pero se ha descrito en diferentes especies que la aplicación exógena de ácido jasmónico se manifiesta en un aumento de la resistencia a determinados hongos y bacterias patógenos. Por otro lado, diferentes resultados han demostrado el papel crucial que juegan los jasmonatos en la respuesta de los vegetales, a patógenos vegetales así como también al ataque de insectos.

Actividades 1. Investiga de qué manera ocurre el desarrollo en otros animales. 2. ¿A qué se refiere el proceso de metamorfosis y de qué forma se regula?

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3. Investiga acerca de la función de las siguientes hormonas vegetales:

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a) Auxinas. b) Citocininas. c) Etileno. d) Ácido abscícico. e) Giberelinas.

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13. Uso médico de hormonas en el control y promoción de la fertilidad Para que ocurra la fecundación o fertilización debe producirse el encuentro entre el ovocito expulsado en la ovulación y un espermatozoide proveniente del semen que fue depositado en la vagina durante la eyaculación. Sin embargo, debemos de considerar que el ser humano es un mamífero subfértil y la tasa de fertilidad entre las parejas de 24 años es de un 60% a 70% de probabilidad de embarazo, después de mantener relaciones sexuales no protegidas durante seis meses. Por otro lado, si se requiere controlar la fertilidad, existe una variedad de métodos anticonceptivos para evitar o diferir un embarazo. Durante muchos años, los métodos anticonceptivos más utilizados fueron los métodos de barrera, como el diafragma y el condón. En las décadas de 1960 y 1970, se generalizó el uso de la “píldora”, una combinación de estrógenos y progesterona sintéticos.

13.1 Métodos de control de la fertilidad Tras la expulsión del ovocito II, este no permanece viable y capaz de ser fecundado por más de 24 horas, por tanto, los espermatozoides deben estar dispuestos poco tiempo después de la ovulación si ha de tener lugar la fecundación. Por otra parte, unos pocos espermatozoides se mantienen fértiles en el aparato reproductor femenino durante 72 horas, aunque la mayoría no resiste más de 24 horas. De esa manera, para que se lleve a cabo la fecundación, el coito debe producirse en algún momento entre 1 a 2 días antes de la ovulación y hasta 1 día después de esta. Por lo tanto, el periodo de fertilidad femenino durante cada ciclo sexual es corto. Tipos a. Métodos naturales • Método del ritmo: Uno de los métodos de anticoncepción que se practica más frecuentemente es evitar el coito en el tiempo próximo a la ovulación. Por lo tanto, si el ciclo menstrual es regular, con una periodicidad de 28 días, la ovulación ocurre habitualmente dentro del día anterior y siguiente del día 14 del ciclo. De esta manera, se suele decir que evitando el coito durante 4 días antes del día calculado de la ovulación y 3 días después, se evita la concepción. • Retiro: También es conocido como “coitus interruptus” o coito interrumpido. Es un método de planificación tradicional en el que el hombre retira el pene completamente de la vagina antes de eyacular. A consecuencia de ello los espermatozoides no entran en la vagina impidiéndose la fecundación.

b. Métodos hormonales

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• Anticonceptivos orales (AO): El uso de anticonceptivos orales (la píldora) para ajustar los niveles hormonales permite interferir en la producción de gametos o en la implantación del óvulo fecundado en el útero. Los anticonceptivos más utilizados, las píldoras de combinación, suelen tener concentraciones altas de una sustancia similar a la progesterona (progestágenos sintéticos) y bajas de estrógenos. Estas hormonas actúan por retroalimentación negativa en la adenohipófisis, donde reducen la secreción de FSH y LH, y en el hipotálamo donde inhiben la secreción de la hormona liberadora de gonadotrofinas. Por lo regular, las bajas concentraciones de FSH y LH impiden el desarrollo folicular y la ovulación, con lo cual resulta imposible el embarazo por la ausencia de un ovocito secundario que pueda ser fecundado. Incluso si llegara a ocurrir la ovulación, los anticonceptivos orales cambian el moco cervical de manera que resulta hostil para los espermatozoides.

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capítulo

En cuanto a los beneficios no anticonceptivos de estos métodos están: la regulación de la duración de los ciclos menstruales, la reducción del flujo menstrual, la protección contra los cánceres endometriales y ováricos, y la disminución del riesgo de endometriosis. Sin embargo, no son aconsejables para mujeres con antecedentes de trastornos en la coagulación sanguínea, daño en los vasos sanguíneos cerebrales, migraña, hipertensión, disfunción hepática o cardiopatías. Variación de los niveles sanguíneos de hormonas sexuales por administración de hormonas sintéticas Progesterona en nanogramos por mL. 30 Estrógeno

Progesterona

Administración diaria de una pastilla anticonceptiva

0 LH y FSH en miliunidades por mL.

40 20 0

200 100

300

FSH

13 17 21 25 1

días

A pesar de los beneficios que ofrecen a muchas mujeres, los AO, pueden generar algunos efectos secundarios menores. Generalmente estos duran poco y pueden desaparecer dentro de los primeros meses. Los posibles efectos secundarios son: sangrado intermenstrual, alteración del peso, manchas oscuras en el rostro, naúseas, etc.

Sabías que...

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La principal razón de utilizar estrógenos sintéticos, así como progesterona sintética, es que las hormonas naturales se destruyen casi completamente en el hígado poco tiempo después de ser absorbidas en el tubo digestivo. Pero las hormonas sintéticas resisten la tendencia destructora del hígado, permitiendo así la administración oral.

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• Método de implante: Es un método anticonceptivo de venta bajo receta médica que ofrece una protección prolongada para evitar el embarazo. El implante puede consistir en una o seis varillas plásticas de igual tamaño que el ginecólogo inserta debajo de la piel en la parte superior del brazo, utilizando un anestésico local. Las varillas liberan una dosis constante de una sola hormona (progestágeno) la que inhibe la ovulación, y modifica a su vez el moco cervical. El implante se considera la forma más efectiva de anticoncepción disponible. Una vez colocado en su lugar, tiene una duración de 3 a 5 años. • Método de inyección intramuscular: Este método consiste en la inyección trimestral de una hormona similar a la progesterona, que previene la maduración del óvulo y produce cambios en el revestimiento uterino que vuelven menos probable el embarazo.

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• Anticoncepción de emergencia (píldora del día después): Es un fármaco compuesto de estrógenos y progesterona o solo progesterona (el último salido al mercado) en altas dosis. Solo es efectivo si se toma durante las 72 horas tras el coito sin protección, disminuyendo su efectividad conforme van pasando las horas. Este medicamento también es conocido como “píldora postcoital”.

La píldora puede retrasar la ovulación o disminuir el transporte del esperma o el óvulo, previniendo así la concepción. Debido a que la concepción puede ocurrir en cualquier momento desde unas pocas horas hasta aproximadamente 2 días después de la relación sexual, estos mecanismos podrían entrar en juego si las píldoras fuesen tomadas lo suficientemente rápido, después de la relación sexual y durante ciertas partes del ciclo de la mujer.

En cuanto a la efectividad, es difícil evaluar, porque la mujer quizás no esté en la fase fértil de su ciclo cuando tenga relaciones sexuales.

Los efectos secundarios más comunes son naúseas, las cuales ocurren hasta en un 50% de las mujeres, y vómitos los que ocurren hasta en un 25% de las mujeres. Otros efectos secundarios incluyen dolor de cabeza, inflamación de los senos, fatiga, dolor abdominal y vértigo.

c. Otros métodos de control de la natalidad • Esterilización quirúrgica: La esterilización es un procedimiento quirúrgico mediante el cual la persona queda incapacitada para la reproducción. En varones, la técnica más usada es la vasectomía, la cual consiste en la extirpación de una parte de los conductos deferentes. Aunque los testículos del varón continúan produciendo espermatozoides, estos ya no pueden llegar al exterior, por lo tanto, degeneran y son destruidos por fagocitosis. Como en esta técnica no seccionan vasos sanguíneos, los niveles de testosterona en la sangre permanecen normales, por ende la vasectomía no tiene efecto en el funcionamiento sexual. En mujeres la esterilización que se lleva a cabo más frecuentemente es la ligadura de trompas, procedimiento en el que se anudan y cortan las trompas de Falopio. Esto impide que los ovocitos secundarios pasen al útero y que los espermatozoides puedan llegar a dichas células. • Dispositivos intrauterinos (DIU): Un DIU es un pequeño objeto de plástico, cobre o acero inoxidable que se introduce en la cavidad uterina. Los DIU producen cambios en el revestimiento uterino que obstaculizan la implantación del óvulo fecundado. • Métodos de barrera: Estos métodos están diseñados para impedir que los espermatozoides tengan acceso a la cavidad uterina y a las trompas de Falopio. Además de prevenir el embarazo, brindan protección contra enfermedades de transmisión sexual, como el SIDA, en contraste con los anticonceptivos orales y el DIU que no lo proporcionan. Entre estos métodos, se encuentran el preservativo y el diafragma.

2. Explica por qué las pastillas anticonceptivas están confeccionadas sobre la base de hormonas sexuales sintéticas y no naturales 3. Indica las principales ventajas y desventajas del uso de anticonceptivos orales. 4. ¿Qué método utilizado actualmente es más eficaz en el control de natalidad y cuál menos? Fundamenta tu respuesta.

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1. Explica el mecanismo de acción de las pastillas anticonceptivas orales.

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Actividades

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capítulo

13.2 Esterilidad y fertilidad Cuando los pasos requeridos para lograr la fecundación se desarrollan normalmente, y existe una integridad anatómica y funcional del sistema reproductor del hombre y de la mujer, se produce una fertilización exitosa. Por lo general, se piensa que si se tienen relaciones sexuales cerca del día de la ovulación seguramente habrá embarazo, pero esto no siempre es así. En realidad nuestra especie tiene un bajo poder reproductivo, de manera que la posibilidad de embarazo. Cuando el contacto sexual es durante el periodo de ovulación, en una pareja menor de 35 años y sin ningún factor de infertilidad, es solo de 18 a 35% por mes. Después de los 35 años la fertilidad de la mujer disminuye y a los 40 su probabilidad mensual de lograrlo es menor a un 10%. Sin embargo, esto no quiere decir que el embarazo sea imposible después de esta etapa, ya que casi todos conocemos a alguien que lo ha conseguido en edades extremas, aunque hay que tener en cuenta que son excepciones. En general, la infertilidad puede ser atribuida a la pareja masculina, a la pareja femenina o a ambos. En muchos casos la causa de infertilidad no puede ser identificada y generalmente ocurre un embarazo antes de que la causa se haya determinado. Sin embargo, muy pocas parejas sufren una infertilidad definitiva, y el tratamiento médico es muy útil en la mayoría de los casos.

13.2.1 Esterilidad La esterilidad es la incapacidad para concebir y la infertilidad alude a la imposibilidad de llevar a término un embarazo. Se considera que existe un problema de infertilidad cuando no se ha podido tener un hijo vivo, después de un año de relaciones sexuales con la finalidad de procrear. La diferencia entre ambos conceptos es que la infertilidad puede ser revertida, la esterilidad no. a. Problemas de esterilidad en el varón • Factor pretesticular: Alteraciones en las hormonas (hormonas hipofisiarias: LH y FSH) que estimulan el testículo. • Factor testicular: Afecciones del testículo. Pueden ser genéticos, congénitos (de nacimiento) o adquiridos (infecciones).

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• Factor postesticular: Afectan a los espermatozoides una vez que han salido del testículo. Son las obstrucciones de la vía espermática, las infecciones seminales, la presencia de anticuerpos antiespermáticos, las alteraciones eyaculatorias y las alteraciones coitales.

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• Otra causa de esterilidad masculina es la incapacidad de eyacular la cual puede tener diversos orígenes, como la diabetes, la impotencia o el haberse sometido a cirugía de próstata o de uretra.

b. Problemas de esterilidad en la mujer • A nivel del cuello uterino: Pueden existir alteraciones anatómicas o funcionales que interfieran con el camino que siguen los espermatozoides desde la vagina hasta una de las trompas, donde se produce la fecundación con el óvulo. Entre las alteraciones anatómicas se encuentran los pólipos, quistes y traumatismos que pueden ser ocasionales o producidos por cirugía.

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• A nivel del útero: Los problemas uterinos más frecuentes son malformaciones, miomas o tumores benignos, adherencias a las paredes, etc. Entre las endometriales, destacan las infecciones del endometrio (endometritis). • Alteraciones en las trompas: La causa más importante es la infecciosa, produciendo diferentes tipos de salpingitis o inflamación de las trompas, con la consiguiente obstrucción. Entre las causas no infecciosas, la más frecuente es la endometriosis, una enfermedad que consiste en la presencia de tejido proveniente del endometrio fuera de la cavidad uterina, sobre todo en los ovarios y los ligamentos que fijan el útero a la pelvis. • La anovulación: Se produce cuando el ovocito II no llega a ser expulsado por el ovario, ya sea por no haberse formado o por no alcanzar la madurez necesaria. Esta puede aparecer por una disfunción del hipotálamo y la Hipófisis, por lo que esta glándula no produce suficiente cantidad de hormonas gonadotrofinas (LH y FSH) y el ovario no se estimula. Otra alteración posible está en las cantidades de LH (hormona luteinizante) y FSH (hormona foliculoestimulante), como es en el caso de la poliquistosis ovárica (ovarios poliquísticos) que se caracteriza por un exceso en la producción de la hormona LH, por lo que se altera el ciclo ovulatorio. Este cuadro se asocia con la obesidad y con un exceso de hormonas masculinas que suelen producir un aumento del vello. También pueden existir alteraciones de la ovulación por problemas de otras hormonas como es el aumento de prolactina o alteraciones en la glándula tiroides. • Factores relacionados con el estilo de vida: El estrés, la alimentación o la práctica intensa de ciertos deportes pueden alterar el equilibrio hormonal femenino.

13.2.2 Promoción de la fertilidad a. Inducción ovárica (IO) La inducción o estimulación ovárica persigue llegar a una ovulación correcta. Está indicada en los casos de anovulación y para potenciar la eficacia de la inseminación artificial. La IO consiste en la estimulación de la ovulación con preparados hormonales, que se administran por vía oral o inyectados (hormonas gonadotrofinas) a partir del segundo o tercer día del ciclo. Se efectúan controles periódicos con ecografías que permiten ver el número de folículos que genera la mujer y, en su caso, el mejor momento para realizar la inseminación artificial. Cuando se presentan tres o cuatro folículos, se suele cancelar el ciclo a fin de evitar el embarazo múltiple y un cuadro denominado hiperestimulación ovárica. Citrato de Clomifeno: Generalmente el Citrato de Clomifeno (estrógeno sintético) es el primer tratamiento de fertilidad que se utiliza en aquellas mujeres que no ovulan o solo ovulan infrecuentemente, pero que tienen producción normal de estrógeno. Casi para todas las mujeres que buscan la fertilidad, el tratamiento comienza aquí.

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• Mecanismo de acción: El citrato de Clomifeno estimula a la hipófisis a liberar FSH y LH, las hormonas necesarias para la ovulación. Funciona como una sustancia antiestrogénica, impidiendo la comunicación normal entre los ovarios, hipotálamo y la glándula hipófisis (adenohipófisis). Ya que el receptor de estrógeno se encuentra obstruido por el medicamento, la hipófisis percibe menos estrógeno presente, y secreta aún más FSH para estimular el ovario. Esto resulta en el reclutamiento y el desarrollo de los óvulos y eventualmente la ovulación. Por lo tanto, el clomifeno no estimula directamente la ovulación, pero en cambio hace que la secuencia de eventos que rodean la ovulación sean más normales.

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capítulo

Hipófisis Adenohipófisis Fuerte descarga Hormonas Gonadotrofinas

FSH +

Citrato de Clomifeno

LH Ovario

Ovulación

• Efectos secundarios: Bochornos, molestias abdominales y crecimiento ovárico normal. Cuando se induce la ovulación con medicamentos para la infertilidad, corre el riesgo de un embarazo múltiple.

Los medicamentos para la infertilidad no aumentan el riesgo de defectos congénitos.

b. Inseminación artificial (IA) Es la introducción de semen en el cuello del útero femenino mediante una delgada cánula o catéter. El semen puede ser de la pareja o de un donante anónimo (procedente de un banco de semen, donde se guarda congelado). Esta segunda opción está especialmente indicada en caso de que el hombre padezca enfermedades hereditarias.

Actividades 1. Define los siguientes términos: a) Esterilidad: b) Infertilidad:

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2. ¿Cuál es la principal diferencia entre esterilidad e infertilidad?

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3. ¿Cuáles son las principales causas de infertilidad en el hombre y en mujer? 4. ¿Cuál es el principal tratamiento que se utiliza en aquellas mujeres que presentan problemas en su ovulación? Fundamenta tu respuesta. 5. Explica el mecanismo de acción del Citrato de Clomifeno. 6. Explica los problemas que se generarían si el cuerpo lúteo dejara de producir hormonas, especialmente durante el embarazo. Proponga un posible tratamiento para esta afección, basándose en lo que ha conocido hasta este momento.

Capítulo 2

Reproducción y desarrollo

13.2.3 Sexualidad humana Si nos preguntaran qué entendemos por sexualidad humana o qué es, quizás responderíamos que es lo relacionado con el sexo, pero este concepto es mucho más amplio. La sexualidad humana posee sus propios códigos biológicos definidos genéticamente. La estructura y la disposición de los órganos genitales responden de una forma perfecta a la función reproductora, así como la fisiología de la sexualidad está destinada al mismo fin. A pesar de todo ello, la sexualidad humana trasciende totalmente de su función biológica y cobra un sentido distinto al definirse como una relación íntima entre personas, donde la comunicación y la expresión de afectos pueden alcanzar el máximo grado de profundidad. Puede ser conveniente, una vez aclarado que lo sexual va más allá de las cuestiones biológicas y que está definido por la cultura de la sociedad en la que se realiza, establecer la diferencia entre dos términos que se confunden con frecuencia, la sexualidad y la genitalidad. Este último hace referencia a lo concerniente al acto sexual, sus formas, estilos, etc. La genitalidad solo es una forma de sexualidad. Por lo tanto, la sexualidad no solo hace referencia al acto sexual o coital, sino que también incluye una amplia gama de experiencias corporales y sensoriales placenteras. Según esto, podríamos definir como sexualidad la realización de actividades que generen placer en los ámbitos corporales y sensoriales. Dentro de esta definición podemos incluir actividades como las caricias, los besos, las cosquillas o el masaje y no conducentes necesariamente al acto sexual, al igual que determinados olores, miradas, tonos de voz y expresiones. Sin embargo, no debemos de olvidar que la sexualidad tiene que ver directamente con nuestra propia identidad sexual. Desde que nacemos tenemos un determinado sexo. Este nos hace diferentes tanto en la forma de actuar como en la forma de sentir y valorar. De esta manera hoy en día podemos entender en un sentido amplio y extenso, la plenitud de formas y manifestaciones, conscientes o no que componen la sexualidad humana.

13.2.4 Paternidad-maternidad responsable Considerando el significado del concepto de sexualidad, es muy importante destacar y conocer hoy en día el significado e importancia de la paternidad-maternidad responsable, debido a que actualmente un gran porcentaje de adolescentes a muy temprana edad está manteniendo relaciones sexuales, en forma irresponsable y sin ningún tipo de conocimiento biológico básico. Según las diferentes circunstancias que a cada “pareja” le toca vivir, la paternidad y/o maternidad responsable es un concepto mucho más amplio y profundo que solo ser responsable para decidir el momento y el número de hijos, consecuentemente, usar un buen método anticonceptivo, cuando se trata de posponer o evitar un nuevo nacimiento. Tener un hijo(a) es entonces una decisión que debe ser tomada con gran seriedad y que requiere madurez por parte de la pareja, ya que ser madre o padre es una función de por vida. Dentro de las funciones o roles que deben ejercer los padres y madres están entregar educación a sus hijos, protegerlos, alimentarlos adecuadamente, entregarles valores, etc.

CPECH

Por lo tanto, el adoptar una paternidad y/o maternidad responsable exige una integración permanente de toda la persona, es decir, de la esfera biológica, psicológica y social, dado que cada padre o madre es un organismo integrado, que para crecer sanamente tiene que ir armonizando cada uno de estos elementos.

Preuniversitarios

131

capítulo

Actividades 1. Según lo que has revisado hasta este momento, ¿qué significa para ti el término sexualidad humana? 2. Indica las principales desventajas de comenzar a tener relaciones sexuales durante la adolescencia. 3. Para ti, ¿qué implicancias presenta en tu vida el tener un hijo a temprana edad? 4. Indica los principales roles o funciones que debe presentar una pareja que desea tener un hijo. 5. Según lo que conoces de paternidad responsable, ¿quién es más padre o madre, el biológico o el adoptivo? Fundamenta tu respuesta.

CPECH

Preuniversitarios

6. En nuestro país, ¿existe una edad adecuada para casarse y tener hijos? Fundamenta tu respuesta.

132

Capítulo 2

Reproducción y desarrollo

Conceptos fundamentales

1. Crecimiento: Aumento irreversible de tamaño y peso. En el crecimiento intervienen la división y la expansión celular mediante la síntesis de nuevas sustancias. 2. Desarrollo: Se refiere a los procesos por los cuales se produce la maduración de los tejidos y procesos propios del ser humano. Es un concepto más amplio que el de crecimiento. 3. Espermatogénesis: Proceso de formación de los gametos masculinos. El proceso comienza durante la pubertad y no se interrumpe hasta el término de la fertilidad masculina. 4. Gametos: Células sexuales especializadas en el proceso de reproducción. Contienen la mitad de la información genética (haploides) y son producidas por cada sexo, de modo que hay gametos masculinos y femeninos. 5. Hormona: Sustancia química formada por glándulas endocrinas y que viajan por la sangre para actuar a distancia, en el llamado órgano blanco. Las hormonas son de naturaleza proteica y esteroidal. 6. Ovogénesis: Proceso de formación de los gametos femeninos, los óvulos. Este proceso comienza en la vida intrauterina donde se determina el número definitivo de gametos para el resto de la vida de la mujer. Estos gametos se liberan paulatinamente durante la pubertad, normalmente en número de uno. Esta liberación se interrumpe con la menopausia. El proceso se interrumpe en el período intrauterino y luego de cada ovulación. Tiene un carácter cíclico. 7. Reproducción: Proceso que caracteriza a los seres vivos permitiendo su perpetuación a través del tiempo. 8. Reproducción asexual: Forma de reproducción que se caracteriza por la presencia de un solo progenitor, por lo que no existe variabilidad genética. 9. Reproducción sexual: Forma de reproducción que se caracteriza por la existencia de dos progenitores, uno femenino y otro masculino. Esto posibilita que se unan dos patrimonios genéticos diferentes que generan variabilidad genética. 10. Retroalimentación: Mecanismo de regulación que se basa en que la información que recibe un tejido sirve para ajustar la actividad del mismo.

CPECH Preuniversitarios

133

Ovarios

Organismo

se organiza un... Aparato reproductor

Testículos

Gónadas

que se divide en...

Ovarios

Ovogénesis

donde ocurre la... Espermatogénesis

que forman los...

Óvulos

se unen por medio de la...

Espermatozoides

Fecundación que inicia el...

Desarrollo embrionario

Externos

Genitales

que favorece el...

encuentro entre los gametos

que permite la...

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Endocrino Testículos

Síntesis de contenidos Foliculares Germinal Genitales

de Leydig de Sertoli

Sistema

Reproductor la reproducción es de tipo...

Órgano

Útero

capítulo

Tejido

Óvulos Espermatozoides Célula

tiene como significado...

La perpetuación de las especies

presentar variabilidad genética

Asexual Sexual se caracterizan por... ausencia de variabilidad genética

Internos

134

Desarrollo fetal

Parto

CPECH

Capítulo 2

Reproducción y desarrollo

Ejercicios

1. La función de la zona pelúcida en mamíferos es A) descargar los gránulos corticales. B) modificar el espacio perivitelino. C) evitar la entrada de más de un espermatozoide. D) permitir la capacitación del espermatozoide. E) reabsorber los cuerpos polares. Alternativa: C Habilidad: Reconocimiento Defensa: La zona pelúcida en el transcurso de la fecundación experimenta una reacción que la vuelve impermeable a la penetración de un segundo espermatozoide, por lo tanto evitando la poliespermia.

2. ¿Qué hormona debería inhibirse directamente para provocar pérdida de endometrio en el primer mes de embarazo? A) FSH. B) LH. C) Progesterona. D) Estrógenos. E) Gonadotrofina coriónica. Alternativa: C Habilidad: Comprensión. Defensa: La progesterona es la encargada de mantener funcional el endometrio. La gonadotrofina coriónica humana se encarga de estimular el cuerpo luteo para que produzca progesterona, pero la pregunta plantea la inhibición directa.

3. A continuación se muestra un gráfico con la variación de progesterona durante un ciclo menstrual de 28 días.

progesterona

Ejercicios resueltos

28 días

Según lo que representa el gráfico corresponde a una mujer que I) está embarazada. II) no está embarazada. III) perderá parte de su endometrio. Es (son) correcta(s) A) B) C) D) E)

solo I. solo II. solo III. solo I y II. solo II y III.

Alternativa: E Habilidad: ASE (Análisis, síntesis y evaluación) Defensa: El gráfico muestra un descenso del nivel de progesterona, que es la hormona del embarazo, por tanto no ha ocurrido fecundación ni implantación. De este modo la caída del nivel sanguíneo de progesterona determinará el desprendimiento del endometrio.

CPECH Preuniversitarios

135

capítulo

Ejercicios

4. En relación a la reproducción en la especie humana es correcto afirmar que I) el óvulo se forma en el curso de la fecundación. II) el óvulo tiene una existencia breve. III) la aparición del óvulo no depende de la fecundación. A) B) C) D) E)

5. En la fecundación participan los gametos femenino y masculino, de los cuales se puede afirmar correctamente que I) el gameto femenino tiene la misma edad de la mujer que lo produce. II) el gameto femenino no ha terminado su etapa ecuacional. III) el gameto masculino debe tener contacto con el femenino para volverse funcional.

CPECH

Preuniversitarios

Es (son) verdadera(s)

136

1. ¿Qué fenómeno(s) deberíamos esperar en el caso de que NO ocurra fecundación? I) Que el ovocito II no termine su meiosis. II) Que se sintetice la gonadotrofina coriónica. III) Que decline la síntesis de progesterona.

Solo I Solo II Solo III Solo I y II Solo II y III

Alternativa: D Habilidad: Comprensión. Defensa: La meiosis femenina sufre dos detenciones, la primera en la vida intrauterina y la segunda luego de la ovulación, como ovocito II. La meiosis termina solamente si hay fecundación, por ello el óvulo tiene una existencia breve.

A) B) C) D) E)

Ejercicios propuestos

solo I. solo II. solo III. solo I y II. I, III y III.

Alternativa: D Habilidad: Comprensión. Defensa: El gameto femenino no termina su meiosis hasta que toma contacto con el espermatozoide, el cual inicia su actividad previo contacto con el ovocito (reacción acrosómica)

A) B) C) D) E) 2.

Solo I Solo II Solo III Solo I y III Solo II y III

La reproducción sexual y la asexual se diferencian en cuanto a I) número de progenitores. II) número de descendientes. III) variabilidad genética de la descendencia. Es (son) verdadera(s) A) B) C) D) E)

solo I. solo II. solo III. solo II y III. I, II, III.

3. En la reproducción de los vertebrados la fecundación determina el I) tipo de segmentación del huevo. II) sexo cromosómico del embrión. III) reestablecimiento de la diploidía. Es (son) verdadera(s) A) B) C) D) E)

solo I. solo II. solo III. solo I y III. solo II y III.

Capítulo 2

Reproducción y desarrollo

Ejercicios 4. ¿Cuál de los siguientes métodos anticonceptivos NO recomendaría usted a una mujer nulípara, por los posibles efectos a futuro? A) B) C) D) E)

Condón. Del ritmo. DIU (dispositivo intrauterino). Píldoras anticonceptivas. Jaleas espermicidas.

5. ¿Cuál de las siguientes funciones NO es propia de la placenta?: A) Nutrición fetal, al aportar el oxígeno materno. B) Producción de hormonas como el estradiol. C) Producción de gonadotrofinas coriónicas. D) Purificación de la sangre materno-infantil. E) Ayudar a la formación de la dermis fetal.

Respuestas correctas

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Reconocimiento

Comprensión

Reconocimiento

Comprensión

Alternativa

Número

Habilidad

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CPECH

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Capítulo 3

NUTRICIÓN

Aprendizajes Esperados Reconocer la función de los alimentos. Identificar los nutrientes y alimentos que deben formar parte de una dieta equilibrada. Comprender los requerimientos nutricionales en cada edad de la vida. Aplicar las fórmulas de cálculo nutricional para determinar las necesidades calóricas. Comprender los conceptos de metabolismo, anabolismo y catabolismo.

La nutrición es una función que todos los organismos deben cumplir, de tal forma de asegurar que el crecimiento y desarrollo se lleven a cabo de forma correcta. La nutrición no es solamente incorporar alimentos al organismo.

capítulo

Nutrición

1. Nutrición La vida depende de una serie de de reacciones químicas que en su conjunto se denominan metabolismo. Dentro de estas reacciones se incluyen el anabolismo (son reacciones químicas de síntesis, donde se unen moléculas pequeñas para poder producir otras más grandes) o la formación de tejidos (músculos, huesos, sangre, etc.) mientras que otras implican el catabolismo de sustancias y tejidos, es decir, la degradación de sustancias para obtener energía. Los alimentos proporcionan el combustible para que ocurran estas reacciones químicas, incluso durante el reposo se necesita de energía para mantener las funciones vitales de respiración, latido cardiaco, circulación sanguínea, etc. El metabolismo basal se define como la cantidad de energía utilizada cuando el cuerpo está en reposo, corresponde a la cantidad mínima de reacciones químicas necesarias para mantener al organismo con vida, y que se expresa al dormir. Es un gasto inevitable para mantener los procesos celulares, la fabricación de tejidos en continua renovación y reparación. El metabolismo basal se mide en las siguientes condiciones: • En ayuno de 12 hrs para evitar los gastos energéticos de los procesos de digestión. • Reposo acostado, para eliminar los gastos de los procesos musculares postulares. • En ambiente térmico neutro. Los requerimientos mínimos basales varían de acuerdo al peso, edad y sexo, así como de acuerdo al nivel de actividad física, embarazo y lactancia. Estos requerimientos se pueden estandarizar y calcular de acuerdo con la siguiente tabla: Calorías / día Edad (años)

Cálculo mujeres

Cálculo hombres

0-3

61 x kg - 51

60,9 x kg - 54

10 - 18

12,2 x kg +746

17,5 x kg 651

19 - 30

14,7 x kg + 496

15,3 x kg + 679

31 - 61

8,7 x kg + 829

11,6 x kg + 879

La tasa metabólica total (TMT) es el resultado de ajustar la tasa metabólica basal al nivel de actividad física de una persona.

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Para establecer la TMT es necesario multiplicar la TMB por el factor de ajuste, según la siguiente tabla:

140

• • • •

Actividad sedentaria: mujeres 1,2, hombres 1,2 Actividad ligera: mujeres 1,55, hombres 1,56 Actividad moderada: mujeres 1,64, hombres 1,78 Actividad intensa: mujeres 1,82, hombres 2,1

Capítulo 3

Nutrición

Actividades 1. De acuerdo con las tablas de tasa metabólica basal y los factores de ajuste de acuerdo con la intensidad de la actividad física, calcula las calorías necesarias para una mujer de 43 años de actividad moderada y para un hombre de 35 de actividad intensa.

El embarazo y la lactancia son dos estados que también modifican el consumo de calorías, de tal manera que una mujer embarazada debe adicionar 285 calorías/día. Durante la lactancia, deben aumentar en 500 calorías/ día. La comida debe ser digerida en el intestino para ser convertida en una forma que pueda ser absorbida y utilizada para las reacciones químicas del metabolismo. La energía contenida en los alimentos se mide en calorías. Una caloría es la cantidad de calor necesario para elevar la temperatura de un gramo de agua en un grado Celsius. Una Kcal (kilocaloría) corresponde a 1000 calorías y se usa para expresar el valor calórico de los alimentos. Los alimentos contienen sustancias de distinto valor nutritivo para el organismo. Los principales constituyentes corresponden a proteínas, lípidos, hidratos de carbono, vitaminas, sales minerales y agua. Los valores calóricos de los distintos alimentos varían según las distintas proporciones de hidratos de carbono, grasas y proteínas que contengan, y también según las cantidades de agua y fibras que posean, que no producen energía. El modo en que se preparan los alimentos también puede afectar su contenido energético, por ejemplo, cuando se emplea aceite para freír aumenta considerablemente la cantidad de calorías. Existen diferencias en cuanto a la cantidad de calorías que debe consumir cada personas, si son más de las que se necesitan para mantener un metabolismo normal, el excedente se almacena en el tejido adiposo y se engorda, por el contrario, si son menos se adelgaza. Según esta situación es necesario distinguir entre la alimentación y la nutrición. La alimentación es el acto de proporcionar al cuerpo alimentos e ingerirlos, como es un proceso consciente y voluntario, está en nuestras manos modificarlo. La calidad de la alimentación depende de factores culturales y económicos. Se entiende por nutrición el conjunto de procesos fisiológicos por los cuales el organismo recibe, transforma y utiliza las sustancias químicas contenidas en los alimentos. Es un proceso involuntario e inconsciente que depende de procesos corporales como la digestión, la absorción y el transporte de los nutrientes de los alimentos hasta los tejidos. El estado de salud de una persona depende de la calidad de la nutrición de las células que constituyen sus tejidos. Puesto que es bastante difícil actuar voluntariamente en los procesos de nutrición, si queremos mejorar nuestro estado nutricional solo podemos hacerlo mejorando nuestros hábitos alimenticios.

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En los alimentos se pueden distinguir macronutrientes, que están presentes en mayor cantidad en los alimentos, y los micronutrientes que solo están presentes en pequeñísimas proporciones. Los macronutrientes incluyen proteínas, carbohidratos y lípidos. También se podrían incluir la fibra y el agua que están presentes en grandes cantidades. Entre los micronutrientes se encuentran las sales minerales y las vitaminas.

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Para llevar a cabo todos los procesos que nos permiten estar vivos, el organismo necesita un suministro continuo de materiales que debemos ingerir: los nutrientes. Con relación a la gran cantidad de compuestos químicos existentes, el ser humano solo puede utilizar unos cuantos, que le sirvan como combustible e incorporarlos a las células. Estos nutrientes no se ingieren en forma directa, sino que en los alimentos. Las múltiples combinaciones en que la naturaleza ofrece los diferentes nutrientes nos dan una amplia variedad de alimentos que el ser humano puede consumir.

141

capítulo

2. Nutrientes 2.1 Lípidos También se denominan grasas y deben cubrir aproximadamente el 30% a 35% del aporte energético. Las grasas producen más energía, en proporción, que los hidratos de carbono y son también más importantes en el almacenaje de energía a largo plazo. Si no se ingiere alimento por varios días, todo el glucógeno del cuerpo se utiliza, pero las grasas permanecen. Son una forma de energía mucho más concentrada y les lleva más tiempo ser catabolizadas. Las grasas pueden ser insaturadas y saturadas. Las insaturadas presentan átomos de carbono con un bajo índice de átomos de hidrógeno, son más sanas y se encuentran sobre todo en aceites vegetales y en el pescado. Las grasas insaturadas procedentes del pescado, semillas contienen ácidos grasos llamados omega 3 (W3), los que según las últimas investigaciones tienen un papel protector contra las cardiopatías. Más específicamente se cree que disminuyen las concentraciones plasmáticas de colesterol y de las lipoproteínas de baja densidad (LDL), disminuyen la tendencia de las plaquetas a aglutinarse, disminuyendo así la posibilidad de formación de coágulos (trombos); disminuye la viscosidad de la sangre y suprime la producción de factores de coagulación, entre otros efectos. Los pescados oleosos como el salmón, el arenque y la sardina son buenas fuentes de ácidos grasos W-3. Los mariscos también contienen estos ácidos grasos. Los ácidos grasos esenciales son un grupo de ácidos grasos insaturados necesarios en la dieta humana. Son producidos por los vegetales, pero no por el hombre. Una de las principales fuentes de grasas monoinsaturadas es el aceite de oliva, que se usa abundantemente en la dieta de los países mediterráneos, donde la enfermedad de las arterias coronarias como el infarto, la angina y el cáncer son poco frecuentes. Los ácidos grasos monoinsaturados y polinsaturados no son susceptibles de oxidación, de ahí su efecto protector. Además reducen el colesterol unido a lipoproteínas de baja densidad. Otras fuentes de ácidos grasos monoinsaturados son las aceitunas, paltas, nueces, avellanas, castañas, almendras y el aceite de maravilla. Las grasas polinsaturadas están principalmente en vegetales y pescados, representadas por los ácidos W-6 y W-3. Los ácidos grasos W-6 se encuentran principalmente en los aceites vegetales que contienen ácido linoleico, como el de soya, de maíz, maravilla, sésamo y el alfa linoleico.

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Preuniversitarios

Los ácidos grasos polinsaturados W-3 tiene como fuente principal los pescados aceitosos, especialmente sardinas, salmón, atún, jurel, anchoas o pescados de carne oscura.

142

Las grasas saturadas se caracterizan por tener átomos de carbono que presentan un alto índice de átomos de hidrógeno y son de origen animal. El más conocido es el colesterol que se encuentra en las grasas de carnes de vacuno, cerdo, cordero y de las aves de corral, grasas o mantecas, cecinas, hamburguesas y embutidos, vísceras e interiores. También en productos lácteos como mantequilla, leche entera, quesos, cremas, helados de crema, margarinas duras, yema de huevo, cuero de pollo y pavo. Una parte importante del colesterol de nuestro organismo es sintetizado en el hígado. El resto es obtenido de la dieta (huevos, productos lácteos, vísceras, carne de ganado bovino y porcino y carne procesada). Se conocen dos clases de colesterol: • Colesterol HDL (lipoproteínas de alta densidad), que es necesario para un buen rendimiento del organismo (colesterol bueno).

Capítulo 3

Nutrición

• Colesterol LDL (lipoproteínas de baja densidad), que es perjudicial para el sistema cardiovascular si sus niveles superan los 220 mg por decilitro de sangre, debido a que penetra las paredes arteriales depositándose en ellas. El organismo utiliza distintos tipos de grasas saturadas y al ser degradadas en el hígado se sintetiza el colesterol. En general, las grasas aportan al organismo el doble de la energía que los hidratos de carbono. Son usadas para construir membranas biológicas, sintetizar algunas hormonas como las sexuales y las corticosuprarrenales. Además incluyen algunas vitaminas, tales como A, D, E y K.

2.2 Hidratos de carbono También se denominan carbohidratos o glúcidos. Deben cubrir aproximadamente el 50% a 55% del aporte energético. Están compuestos de C, H y O. Los principales azúcares son la sacarosa, que se obtiene de dulces, galletas, etc., y los almidones que se obtienen del arroz, papas, trigos, etc. Estos compuestos son digeridos y absorbidos por el cuerpo, donde son procesados para liberar energía, o son almacenados como glucógeno (el almidón animal) que se almacena en el hígado y los músculos. También tenemos el caso de la celulosa que si bien no es digerible, su forma de fibra ayuda a evacuar el intestino (procede de la fruta, cereales y verduras). Los hidratos de carbono son principalmente sustancias de aporte energético inmediato o a corto plazo, tal como la glucosa, que en casos de abundancia se reservan como grasa. El hígado es el órgano encargado de almacenar la glucosa en forma de glucógeno. El glucógeno es un polímero de la glucosa, propio de células animales. El hígado es capaz de modificar su contenido de glucógeno de acuerdo con la actividad física del sujeto. Así, por ejemplo, cuando una persona realiza un ejercicio intenso, al tiempo cero contiene 18 gramos de glucógeno por kilo de músculo y al cabo de 90 minutos este contenido se ha reducido a 2 gramos. El rol del hígado en esta regulación es entregar glucosa hacia la sangre en condiciones de ayuno y ejercicio y retirar glucosa para almacenarla como glucógeno cuando hay exceso de ella en la sangre. En el caso de que este exceso de glucosa sea sostenido en el tiempo, la glucosa también es depositada en el tejido adiposo como grasa.

2.3 Proteínas

Es necesario prestar especial atención a los contenidos de lisina y metionina, ya que hay proteínas, especialmente las vegetales, que son seriamente deficientes en ellas. El triptofano y la treonina pueden ser escasos en proteínas

Preuniversitarios

El valor nutricional de un alimento proteico depende de su composición de aminoácidos. Si contiene un porcentaje menor que el necesario de alguno de los aminoácidos esenciales, su valor es menor comparado con uno que tenga una cantidad mayor.

CPECH

Aunque estas sustancias orgánicas deben cubrir solo el 15% del aporte energético, sin embargo, son elementos indispensables para las células. Cuando una proteína es ingerida y digerida hasta sus componentes esenciales aparecen los aminoácidos. Aminoácidos, que aparte de contener C, H, O y N poseen a veces S. Además las proteínas, según su clasificación, contienen en su estructura Zn, Fe y Cu. En la naturaleza existen 20 clases diferentes de aminoácidos, de los cuales 10 se denominan esenciales debido a que no tenemos la capacidad de sintetizarlos en nuestro organismo y, por lo tanto, se incorporan a través de la dieta, tales como la isoleucina, leucina, metionina, lisina, fenilalanina, treonina, triptofano. También existen otros dos aminoácidos, la cisteína y la tirosina, que se pueden obtener de la dieta o bien a partir de la transformación de la metionina y fenilalanina respectivamente (en sentido contrario no se puede). La histidina probablemente es también esencial en los niños, ya que la sintetizan en una cantidad insuficiente.

143

particulares como la gelatina, mientras que los demás aminoácidos esenciales, se encuentran en proporciones suficientes en todas las proteínas.

capítulo

Las proteínas se encuentran tanto en alimentos como la carne, el pescado, en productos lácteos y en vegetales, especialmente las legumbres y los cereales. Si se comen en combinación con otra proteína de segunda clase, un cereal con una leguminosa, se pueden compensar las deficiencias de cada una. Las proteínas tienen por función el crecimiento, la reparación de tejidos y constituyen las entidades moleculares de expresión de la información genética, entre otras funciones. Un adulto sano requiere aproximadamente unos 45 g de proteínas al día.

Actividades 1.   Menciona las funciones que desempeñan los lípidos, carbohidratos y proteínas en nuestro organismo. 2. Explica la relación entre el nivel de glucosa en la sangre, la actividad física y el glucógeno. 3. ¿Por qué una dieta rica en carbohidratos aumenta el tejido adiposo?

2.4 Vitaminas Vitaminas

Vitamina A (Retinol, Betacaroteno)

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Vitamina B1 (Tiamina)

144

Vitamina B9 (Ácido Fólico)

Dónde está Retinol: aceite de hígado, mantequilla, queso, yema de huevos, atún. Betacaroteno: zanahorias, espinacas, melón, perejil tomates, duraznos, repollo de bruselas, damascos.

Avena, tocino, carne de cerdo, pan, germen de trigo, maní, leche, jamón.

Hígado, sardinas, champiñones, vegetales verdes, naranjas, nueces, legumbres, yema de huevos, cereales enriquecidos para el desayuno. Una fruta fresca o un jugo de frutas al día es un complemento perfecto.

Su función

Su carencia

Desarrollo de los huesos, mantención de mucosas, piel y tejidos. Previene infecciones respiratorias, problemas oculares. El betacaroteno es antioxidante y previene enfermedades como el cáncer.

Ceguera nocturna, piel reseca, caída de pelo, infecciones varias, dolencia de las articulaciones.

Se necesita para el buen funcionamiento del sistema nervioso, para la memoria, para evitar el estrés, el agotamiento, la depresión. Para personas que ingieren carbohidratos refinados (pan, azúcar, arroz, pastas), las de edad avanzada, los que comen una dieta reducida, y fumadores y consumidores de alcohol.

Desgano, mal humor, escaso rendimiento, debilidad muscular, parálisis, beriberi (daño cerebral, nervioso y muscular).

Participa en la síntesis del ADN, por tanto es vital durante el crecimiento. Previene las úlceras bucales, favorece el buen estado del cutis, retarda la aparición de canas, ayuda a aumentar la leche materna.

Anemia megaloblástica, mala absorción de los nutrientes. Se asocia a malformaciones en los fetos.

Capítulo 3

Nutrición

Vitaminas

Vitamina B12 (Cobalamina)

Vitamina C

Vitamina D

Vitamina E

Vitamina K

Dónde está

Su función

Su carencia

Alimentos de origen animal (carne, pollo, pescado, huevos, productos lácteos)

Esencial en la regeneración de la médula ósea y los glóbulos rojos, imprescindible en la síntesis del ADN y metabolismo del sistema nervioso. Mejora la concentración, la memoria, alivia la irritabilidad.

Anemia perniciosa, daño cerebral, deterioro mental, depresión, pérdida de memoria, paranoias.

Frutas cítricas, pimiento verde, repollo, coliflor, brócoli.

Producción de colágeno. Protege contra el cáncer, mejora la cicatrización, previene el resfrío y fortalece las defensas del organismo.

Escorbuto, hemorragia de las mucosas, fatiga y anemia.

Aceite de hígado de pescado, sardinas, arenque, salmón, atún, hígado, leche, mantequilla, yema de huevo.

Mantenimiento de huesos y dientes sanos, articulaciones y sistema nervioso. Prevención y tratamiento de la osteoporosis.

Raquitismo, huesos débiles, insuficiencia renal.

Aceite de maíz y maravilla, margarina, brócoli, espárragos, repollo, zanahorias, tomates, espinacas, paltas, ciruelas, manzanas, moras, plátanos.

Antioxidante, retarda el envejecimiento celular. Acelera la cicatrización de quemaduras. Vital para el metabolismo del hígado.

Anemia, destrucción de glóbulos rojos, degeneración muscular, desórdenes de la reproducción.

Vegetales verdes, repollo rojo, coliflor, frutas y semillas.

Para la formación de ciertas proteínas y necesaria para una coagulación normal.

Dificultad en la coagulación y tendencia a las hemorragias.

Hay que tener en cuenta: • La contaminación ambiental destruye la acción de la vitamina A. Para evitar esta oxidación, se recomienda ingerirla junto a alimentos ricos en vitamina E (paltas, brócoli, espárragos, espinacas, aceites de girasol y maíz). • La vitamina C expuesta al aire pierde su potencial. Si se consume un jugo de naranja media hora después de haberla exprimido, ya habrá perdido la mitad de su contenido vitamínico. Por esto se recomienda consumir en forma inmediata los zumos de frutas o verduras que contengan vitamina C. • La vitamina B12 no se encuentra en el reino vegetal. Por tanto, los vegetarianos o quienes poseen una dieta macrobiótica es conveniente que consuman algas marinas o champiñones, que son la mejor fuente de esta vitamina. • El consumo de anticonceptivos debe ir acompañado de la ingestión de una mayor cantidad de vitamina B6 para mantener el equilibrio hormonal.

Para estar sano solo basta ingerir una cantidad suficiente de vitaminas en la alimentación diaria. No es necesario un aporte suplementario, de hecho, aunque sean raras, las hipervitaminosis pueden ser perjudiciales. Por ejemplo, el exceso de vitamina A en las embarazadas puede generar malformaciones en el feto.

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• En los períodos previos a la menstruación conviene ingerir alimentos ricos en vitamina B12 y otras del complejo B, para combatir los síntomas del síndrome premenstrual.

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• Las mujeres embarazadas deben absorber ácido fólico (vitamina B9) en la cantidad adecuada y necesaria para la formación del feto.

145

capítulo

Actividades 1.   Investiga la fuente, la función y los signos de carencia de las siguientes vitaminas: a) B2 o riboflavina. b) B3 o niacinamida. c) B5 o ácido pantoténico. d) B6 o piridoxina. e) B8 o biotina.

2.5 Sales minerales El 96% del cuerpo está constituido por carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno, los cuales forman los carbohidratos, las proteínas, los lípidos y las vitaminas. El 4% restante está compuesto de minerales. Estos minerales se usan principalmente para regular y equilibrar nuestra química corporal. Las excepciones son el calcio, el fósforo y el magnesio que son los mayores constituyentes del tejido óseo. Estos tres más el sodio y el potasio, que controlan el nivel de agua en el cuerpo, se denominan macrominerales, porque necesitamos grandes cantidades cada día (de 300 a 3000 mg). Los minerales restantes se conocen como oligoelementos, porque se requiere de una pequeña cantidad de ellos (de 3 a 30 mg). Independientemente de la cantidad estos minerales son necesarios. Sal mineral

¿Qué hace?

Signos de deficiencia

Mejor fuente

Calcio

Fomenta un corazón y nervios sanos,coagulación de la sangre, contracción muscular, mejora la salud de la piel,los huesos y los dientes, alivia el dolor muscular y óseo, reduce los temblores y dolores menstruales.

Calambres o temblores musculares, insomnio o nerviosismo, dolor de las articulaciones o artritis, caries, presión sanguínea alta.

Quesos, almendras, levadura de cerveza, perejil, alcachofas, ciruelas, porotos secos cocinados.

Mantiene el equilibrio de agua en el organismo, previniendo la deshidratación, ayuda a que funcionen las neuronas, participa en la contracción muscular, incluido el corazón, se usa en la producción de energía y ayuda a transportar los nutrientes a la célula.

Mareos, calor agotador, baja presión sanguínea, pulso rápido, apatía mental, pérdida del apetito, calambres musculares, náuseas, vómitos, disminución de peso, dolor de cabeza.

Aceitunas, camarones, remolacha, jamón, apio, col, berro, frijol rojo.

Potasio

CPECH

Preuniversitarios

Sodio

146

Hierro

Deja entrar a los nutrientes al Latidos rápidos e irregulares, interior de la célula y permite la debilidad muscular, salida de los desechos, favorece la hormigueos, irritabilidad, salud de los nervios y músculos, náuseas, vómitos, diarrea, mantiene el equilibrio de los celulitis, baja presión líquidos en el cuerpo, ayuda a la sanguínea, confusión, secreción de insulina, participa en apatía. el funcionamiento cardiaco.

Champiñones, berros, col, rábanos, coliflor, apio, calabaza.

Como componente de la hemoglobina transporta oxígeno y dióxido de carbono. Como componente enzimático es esencial para la producción de energía.

Pasas, nueces, almendras, perejil, ciruelas, porotos secos cocidos.

Anemia, por ejemplo, piel pálida, lengua inflamada, fatiga, apatía, pérdida de apetito, náuseas, sensibilidad al frío.

Capítulo 3

Nutrición

Componente de más de 200 enzimas en nuestro cuerpo, así como también del ADN y ARN, esencial para el crecimiento. Ayuda a hacer frente al estrés, fomenta la salud en el sistema nervioso especialmente en el feto, ayuda a la formación de huesos y dientes.

Zinc

Sentido pobre del gusto y del olfato, marcas blancas en más de dos uñas, infecciones frecuentes, estrías, acné, bajo nivel de fertilidad, piel pálida, pérdida del apetito.

Ostras, jengibre, cordero, guisantes, camarones, nueces, yema de huevo, trigo integral, centeno, maní, almendras.

Actividades 1.   Investiga los mismos criterios de función, signos de deficiencia y mejor fuente para los minerales fósforo, magnesio, manganeso, molibdeno y cromo.

El selenio, mineral anticáncer. La carencia de este mineral se descubrió por primera vez en China a consecuencia de la enfermedad de Keshan, que afecta el corazón y que se da en lugares donde el suelo carecía de selenio. El selenio es un integrante vital de la enzima antioxidante glutation-peroxidasa. El aumento de selenio incrementa la enzima, lo que aumenta el potencial protector de este mineral.

2.6 Antioxidantes El oxígeno es la base de la vida, tanto animal como vegetal, sin él no podríamos liberar la energía que hay en los alimentos. Pero el oxígeno es químicamente reactivo y altamente peligroso. En reacciones bioquímicas normales, el oxígeno puede volverse inestable y capaz de oxidar a las moléculas vecinas. Esto puede dañar las células y provocar cáncer, inflamación, daño arterial y envejecimiento. Los radicales libres oxidados equivalen al residuo nuclear corporal y deben ser desarmados para alejar el peligro. Los radicales libres se generan en todos los procesos de combustión, incluyendo cuando se fuma, cuando se quema petróleo para crear gases de escape, en la radiación, cuando se fríe o se cocina un asado y en procesos corporales normales. Las sustancias capaces de desarmar los radicales libres son llamadas antioxidantes.

Preuniversitarios

Cada año se descubren nuevos antioxidantes en la naturaleza, tales como sustancias componentes de uvas, bayas, tomates, etc. Los β carotenos se pueden encontrar en los vegetales rojos, naranjas y amarillos, y en las frutas. La vitamina C también abunda en los vegetales y las frutas que se comen crudas, pero el calor las destruye rápidamente. La vitamina E se encuentra en los alimentos de semillas y sus aceites, como los guisantes, las habas, el maíz y los cereales integrales. Hay comidas con un excelente potencial antioxidante, tales como zanahorias, berros, guisantes, etc. siempre y cuando no se frían.

CPECH

El denominador común entre el proceso de envejecimiento y cierto grupo de enfermedades se conoce como daño oxidativo. Esto ha hecho que el uso de antioxidantes sea el centro de todas las miradas: son nutrientes que ayudan a proteger al cuerpo del daño de estas sustancias. Se han descubierto más de cien nutrientes antioxidantes, donde los máximos responsables son las vitaminas A, C y E, más b-caroteno, que se encuentra en las frutas y los vegetales.

147

capítulo

3. Consumo de energía y actividad física Sabías que... Existen enfermedades que están fuertemente asociadas a la carencia de antioxidantes: • Enfermedad de Alzheimer • Cáncer • Enfermedad cardiovascular • Diabetes • Hipertensión • Infertilidad • Sarampión • Enfermedades mentales • Enfermedad periodontal • Infecciones del aparato respiratorio • Artritis reumatoidea

Otro factor que incide el consumo diario de calorías es la actividad que se desempeña durante el día. De acuerdo con esta situación vamos a definir cuatro tipos de actividades: • Ocupaciones ligeras: oficinistas, dependientes de comercio, la mayoría de los profesionales y amas de casa con aparatos electrodomésticos. • Ocupaciones moderadamente activas: estudiantes, pescadores y muchos agricultores y obreros de la construcción, amas de casa sin electrodomésticos, obreros de industrias ligeras. • Ocupaciones muy activas: algunos agricultores, mineros, atletas, obreros de industrias pesadas, bailarinas y campesinas. • Ocupaciones excepcionalmente activas: leñadores, herreros y obreros de construcción. Necesidades energéticas ideales (Kcal).

Peso ideal (Kg)

CPECH

Preuniversitarios

148

Varones

Mujeres

Años de edad

1750

1650

1400

1900

1800

1500

2500

2350

1950

2050

1950

1600

2700

2550

2150

2200

2050

1750

2850

2700

2250

2350

2200

1850

3000

2800

2350

2500

2350

2000

3200

3000

2550

2600

2450

2050

3400

3200

2700

2750

2600

2150

3550

3350

2800

3700

3500

2900

Capítulo 3

Nutrición

Según estas actividades, podríamos estimar el consumo de calorías de acuerdo con la siguiente tabla: Consumo de energía de un hombre tipo (65 kg) a lo largo de 24 horas según ocupación.

Distribución de la actividad

Ocupación ligera (kcal)

Ocupación moderadamente activa (kcal)

Ocupación muy activa (kcal)

Ocupación excepcionalmente activa (kcal)

En la cama (8h) Trabajando (8h) Actividades no profesionales.

500 1100

500 1400

500 1900

500 2400

700 - 1500

Gasto total de energía

2300 - 3100

2600 - 3400

3100 - 3900

3600 - 4400

Gasto promedio en 24 hrs.

2700

3000

3500

4000

Consumo de energía por una mujer tipo (55kg) a lo largo de 24 hrs. según la ocupación.

Distribución de la actividad

Ocupación ligera (kcal)

Ocupación moderadamente activa (kcal)

Ocupación muy activa (kcal)

Ocupación excepcionalmente activa (kcal)

En la cama (8h) Trabajando (8h) Actividades no profesionales.

420 800

420 1000

420 1400

580 - 980

Gasto total de energía

1800 - 2200

2000 - 2400

2400 - 2700

2800 - 3200

Gasto promedio en 24 hrs.

2000

2200

2600

3000

Sin embargo, el peso ideal no siempre coincide con su peso deseable, por lo que los valores indicados en la siguiente tabla deben considerarse como referencia. Debido a que, el peso ideal no contempla la edad actual, periodo en que la persona haya estado con sobrepeso, hijos que haya tenido (en el caso de las mujeres) y otros factores adicionales.

Preuniversitarios

El peso ideal, corresponde a la cantidad de kilos que una persona presenta según su estatura, edad y sexo. Sin embargo, actualmente diversos especialistas en nutrición, lo definen como “aquel con el cual un individuo se encuentra a gusto, permitiendo que se desarrollen normalmente todas las funciones biológicas”.

CPECH

4. Cálculo del peso ideal

149

capítulo

Sin embargo, para tener un diagnóstico más preciso acerca del peso de una persona se aconseja consultar al especialista para una evaluación más precisa. Tabla de peso ideal La siguiente tabla muestra el peso ideal en kilógramos correspondiente a las alturas indicadas en metros. Altura Mujer Contextura

1,50 1,51 1,52 1,53 1,54 1,55 1,56 1,57 1,58 1,59 1,60 1,61 1,62 1,63 1,64 1,65 1,66 1,67 1,68 1,69 1,70 1,71 1,72 1,73 1,74 1,75 1,76 1,77

Hombre Contextura

Pequeña

Mediana

Grande

Altura

Pequeña

Mediana

Grande

44,0 – 48,0 45,0 – 48,5 46,0 – 49,0 46,3 – 49,3 46,7 – 49,7 47,0 – 51,0 47,5 – 52,0 48,0 – 53,0 48,7 – 53,3 49,4 – 53,7 50,0 – 54,0 50,5 – 54,5 51,0 – 55,0 51,7 – 55,7 52,4 – 56,4 53,0 – 57,0 54,0 – 60,5 55,0 – 60,0 55,7 – 60,3 56,4 – 60,7 57,0 – 61,0 57,5 – 62,0 58,0 – 63,0 587 – 63,7 59,3 – 64,3 60,0 – 65,0 61,0 – 66,0 62,0 – 67,0

47,0 – 53,0 47,5 – 53,5 48,0 – 54,0 48,3 – 54,3 48,7 – 54,7 49,0 – 55,0 50,0 – 57,5 51,0 – 57,0 51,7 – 58,3 52,4 – 58,7 53,0 – 58,0 53,5 – 59,7 54,0 – 61,0 54,7 – 61,7 55,4 – 62,4 56,0 – 63,0 56,5 – 64,5 57,0 – 64,0 57,7 – 64,7 58,3 – 65,3 59,0 – 66,0 60,0 – 67,0 61,0 – 68,0 61,7 – 68,7 62,3 – 69,3 63,0 – 70,0 64,0 – 71,0 65,0 – 72,0

50,0 – 58,0 51,0 – 58,5 52,0 – 59,0 52,3 – 59,3 52,7 – 60,7 53,0 – 60,0 53,5 – 63,0 54,0 – 62,0 54,7 – 62,7 55,3 – 63,4 56,0 – 64,0 57,0 – 65,0 58,0 – 66,0 58,7 – 66,7 59,4 – 67,4 60,0 – 68,0 61,0 – 68,5 62,0 – 69,0 62,3 – 69,7 62,7 – 70,3 63,0 – 71,0 64,0 – 72,0 65,0 – 73,0 65,7 – 74,0 66,3 – 75,0 67,0 – 76,0 68,5 – 77,0 70,0 – 78,0

1,55 1,56 1,57 1,58 1,59 1,60 1,61 1.62 1,63 1,64 1,65 1,66 1,67 1,68 1,69 1,70 1,71 1,72 1,73 1,74 1,75 1,76 1,77 1,78 1,79 1,80 1,81 1,82

50,0 – 54,0 50,3 – 54,3 53,0 – 55,0 52,3 – 55,3 52,6 – 55,6 53,0 – 56,0 53,5 – 56,5 54,0 – 60,0 54,3 – 60,3 54,6 – 60,6 56,0 – 60,0 56,5 – 60,5 57,0 – 61,0 57,7 – 61,7 58,4 – 62,4 59,0 – 63,0 60,0 – 64,0 61,0 – 65,0 61,7 – 65,7 62,4 – 66,3 63,0 – 67,0 63,5 – 68,0 64,0 – 69,0 64,7 – 69,7 65,4 – 70,4 66,0 – 71,0 67,0 – 72,0 68,0 – 73,0

53,0 – 58,0 54,3 – 60,3 54,0 – 60,0 54,3 – 60,3 54,6 – 60,6 56,0 – 61,0 56,5 – 61,5 57,0 – 62,0 57,3 – 62,3 57,3 – 62,6 58,0 – 64,0 59,0 – 65,0 60,0 – 66,0 60,7 – 66,7 61,4 – 67,4 62,0 – 68,0 63,0 – 69,0 64,0 – 70,0 64,3 – 70,7 64,7 – 71,3 65,0 – 72,0 65,7 – 73,0 67,0 – 74,0 67,7 – 74,7 68,4 – 75,4 69,0 – 76,0 70,0 – 77,0 71,0 – 78,0

56,0 – 63,0 58,3 – 63,3 58,0 – 65,0 58,3 – 65,3 58,6 – 65,6 50,0 – 66,0 59,5 – 66,5 61,0 – 68,0 61.3 – 68,3 61,6 – 68,6 62,0 – 70,0 63,0 – 71,0 64,0 – 72,0 64,7 – 72,7 65,4 – 73,4 66,0 – 74,0 67,0 – 75,0 68,0 – 76,0 68,3 – 76,7 68,7 – 68,7 69,0 – 78,0 70,0 – 79,0 71,0 – 80,0 71,7 – 81,0 72,4 – 82,0 73,0 – 83,0 75,0 – 84,0 77,0 – 85,0

CPECH

Preuniversitarios

Las diferencias de contextura que se dan entre las personas, obedece a sus diferencias de peso, porque en cada caso la masa muscular, masa adiposa y esqueleto se reparten de distinta manera.

150

La OMS (Organización Mundial de la Salud) propone el Índice de Masa Corporal (IMC) como una manera de conocer cuál es el peso ideal de una persona. El índice de masa corporal, conocido también como BMI (body mass index) indica el estado nutricional de la persona considerando dos factores elementales: su peso actual y su altura. Este índice es el primer paso para conocer el estado nutricional de cualquier persona. Su cálculo arroja como resultado un valor que indica si una persona se encuentra por debajo, dentro o sobre el peso establecido como normal para su tamaño físico.

Capítulo 3

Nutrición

Tú puedes realizar este cálculo. Para esto utiliza la siguiente fórmula: IMC= Peso (Kilogramos) Altura2 (Metros)

Multiplica lo que mides en metros y elévalo al cuadrado. Luego, divide los kilos por la cifra resultante anterior. Ejemplo: Si eres un varón y mides 1,70 m y pesas 60 kilos. Debes multiplicar 1,70 por 1,70 = 2, 89 m2 Ahora debes dividir 60 por 2,89 = 20,76 El Índice de Masa Corporal es 20,76. El valor obtenido ahora debes compararlo con la siguiente tabla:

Tabla de interpretación del IMC Valores <20 20 - 24,9 25 - 29,9 ≥30

Estado Muy delgado Normal Sobrepeso Obesidad

De acuerdo a la información obtenida en la tabla, estás dentro de tu peso normal. Por lo tanto, no requieres ningún tipo de dieta, tal vez, si no realizas actividad física, te haría bien realizar un poco de ejercicio.

Actividades 1.

¿Qué es el IMC? ¿Y qué indica?

2. Calcula el IMC para una mujer que presenta 58Kg y mide 1,55 metros de altura ¿En qué estado nutricional se encuentra la mujer? 3.

Realiza un trabajo totalmente personal, que te permitirá conocer y comprender la cantidad de calorías que debes obtener según tus características y actividades diarias. Para esto debes completar la siguiente tabla.

Anota, aproximadamente, cuántas horas diarias (de las 24 horas, consideradas desde las 12 de la noche de un día hasta las 12 de la noche del día siguiente) dedicas a: dormir, aseo personal, estar sentado, caminar, deportes.

caloría por hora total de calorías por actividad TOTAL

estar sentado

caminar

deportes

Preuniversitarios

n° de horas

aseo personal

CPECH

ACTIVIDAD dormir

151

capítulo

• ¿Según los datos obtenidos, cuanta energía diaria debes consumir, a través de los alimentos que ingieres? • Compara tus datos con los de tus compañeros, diferenciando entre alumnos sedentarios y no sedentarios; y entre hombres y mujeres. ¿Qué puedes concluir de los datos recolectados entre tus compañeros?

4. Basándote en la siguiente imagen, responde las siguientes preguntas En un estudio realizado en España en el año 2002, se realizó un análisis acerca del gasto energético que presentaban algunos estudiantes, según su nivel actividad física. De este estudio se obtuvieron los siguientes resultados.

34,9% sueño

45,4% sentado

9,4% otras

7,9% caminando y recreativas

• De acuerdo a los resultados obtenidos, indica tus principales conclusiones.

CPECH

Preuniversitarios

• ¿Qué efectos corporales, crees tú que los estudiantes experimentan al tener menor actividad física? Fundamenta tu respuesta.

152

Capítulo 3

Nutrición

5. Observa el siguiente gráfico y luego responde las preguntas.

Gráfico de metabolismo según nivel de actividad física en estudiantes universitarios. Córdoba 2002 100%

75%

Activos Ligeramente Activos Sedentarios

50%

25%

TOTAL

Mujeres

Varones

Práctica deportiva semanal Sedentarios: 1,7 hrs. Ligeramente activos: 3,7 hrs. Activos :10,5hrs

• ¿Quiénes son más sedentarios, los hombres o las mujeres?

• Según los datos entregados por el gráfico, indica tus principales conclusiones.

• En Chile, si se realiza un estudio similar a éste, ¿Qué podríamos esperar, en cuanto al nivel de gasto energético entre los estudiantes de enseñanza media?

CPECH Preuniversitarios

153

capítulo

5. Dieta Balanceada La dieta es el conjunto de sustancias que ingerimos habitualmente y que nos permiten mantener un adecuado estado de salud y una capacidad de trabajo. Una dieta cuantitativamente es correcta cuando aporta la energía adecuada, permite el mantenimiento o consecución del peso ideal y aporta todas las vitaminas y minerales en cantidades no inferiores a 2/3 de los aportes dietéticos recomendados (RDA); las dietas hipocalóricas por debajo de 1500 calorías no lo garantizan En lo único que todo el mundo está de acuerdo es que una dieta equilibrada contiene todos los alimentos necesarios para conseguir un estado nutricional óptimo. En este estado de gracia nutricional la alimentación cubre los siguientes objetivos: • Aportar una cantidad de nutrientes energéticos (calorías) que sea suficiente para llevar a cabo los procesos metabólicos y de trabajo físico necesarios. Ni más ni menos. • Suministrar suficientes nutrientes con funciones plásticas y reguladoras (proteínas, minerales y vitaminas). Que no falten, pero tampoco sobren. • Que las cantidades de cada uno de los nutrientes estén equilibradas entre sí. El grupo de expertos de la FAO y la OMS (Helsinki 1988) estableció la siguientes proporciones: - Las proteínas deben suponer un 15 % del aporte calórico total, no siendo nunca inferior la cantidad total de proteínas ingeridas a 0,75 g/día y de alto valor biológico. - Los glúcidos nos aportarán al menos un 55-60 % del aporte calórico total. - Los lípidos no sobrepasarán el 30 % de las calorías totales ingeridas.

Pirámide Alimenticia

Azúcares Grasas

CPECH

Preuniversitarios

Lácteos

154

Vegetales

Carnes, Peces. Aves, Cerdos

Frutas

Cereales, Pan, Masas

Capítulo 3

Nutrición

Tabla nutrición Alimentos

Cantidad (cc o g)

Proteínas (g)

H de C (g)

Lípidos (g)

Calorías

Leche pasteurizada

200 cc

6.4

11.2

5.0

114

Leche en polvo

200 cc

7.1

9.2

6.3

122

Leche semidescremada

25 g

7.7

9.4

5.3

116

Leche descremada

25 g

8.4

13.0

0.5

Quesillo

50 g

8.2

1.5

1.6

Queso mantecoso

50 g

11.3

0.7

14.4

178

Yogur con frutas

175 cc

7.1

31.8

4.9

198

Yogur natural

175 cc

8.5

10.5

4.5

117

Huevo entero

50 g

6.7

2.0

5.0

Clara de huevo

30 g

3.2

0.3

Carne de vacuno

100 g

21.2

4.3

2.8

133

Carne de cerdo

100 g

20.6

4.4

18.2

270

Carne de cordero

100 g

20.6

0.2

7.6

157

Pollo

60 g

10.9

6.1

102

Hígado

100 g

17.7

8.0

7.9

181

Jamón

30 g

6.1

7.6

Vienesas

50 g

6.2

0.5

14.8

163

Paté

30 g

3.4

0.4

12.6

130

Mortadela

30 g

4.5

1.1

5.9

Pescados

150 g

25.9

0.4

0.6

118

Machas

120 g

18.1

12.06

1.4

142

Almejas

120 g

15.06

4.2

1.8

Choritos

120 g

13.2

4.8

1.2

Langostinos

120 g

27.6

1.7

133

Porotos

80 g

16.4

45.8

1.3

254

Lentejas

80 g

19.2

45.9

1.0

262

Garbanzos

80 g

14.5

46.1

4.9

280

Arvejas

60 g

13.4

35.3

1.3

201

Arroz (1 molde)

70 g

4.5

55.8

0.56

254

Avena

50 g

4.8

28.6

2.6

175

1.0

9.1

0.1

15 g

1.2

11.6

0.1

Marraqueta (1u)

100 g

6.4

60.0

0.7

279

Hallulla (1 U)

50 g

4.1

30.8

2.0

160

Molde (1 u)

30 g

2.5

15.6

0.6

Fideos vitaminizados

70 g

7.7

53.6

253

Soda o agua (1 u)

0.5

3.36

0.6

Galletas dulces

0.7

5.8

0.8

Huesillos cocidos (3u)

100 g

0.4

5.5

1.1

Manzana

120 g

0.3

17.4

0.3

Preuniversitarios

30 g

Sémola

CPECH

Mote con frutas

155

CPECH

Preuniversitarios

capítulo

156

Pera

100 g

0.3

12.6

0.4

Naranja

130 g

0.9

11.3

0.4

Durazno

120 g

0.9

13.9

0.3

Plátano

90 g

1.17

19.0

0.36

Uva

160 g

0.9

26.0

1.3

107

Frutilla

120 g

1.4

12.08

0.8

Palta

50 g

0.6

9.3

2.7

Apio

60 g

0.4

2.0

0.1

Acelga cocida

200 g

3.8

7.2

1.0

Alcachofa

60 g

0.9

7.1

0.2

Betarraga

130 g

2.5

10.3

0.3

Choclo cocido

50 g

1.9

9.5

0.5

Coliflor cocido

100 g

1.5

3.9

0.5

Cebolla

30 g

0.2

2.9

Espárrago cocido

120 g

2.16

1.9

0.2

Espinaca cocida

200 g

4.2

5.0

1.0

Lechuga

60 g

1.0

1.3

0.2

Porotos verdes cocidos

130 g

2.1

4.5

0.4

Repollo

60 g

1.1

3.1

0.2

Tomate

150 g

1.2

4.8

0.6

Zapallo cocido

50 g

0.2

3.1

0.25

Zapallo italiano

200 g

1.6

11.0

1.2

Zanahoria

70 g

0.6

5.7

0.35

2.6

16.7

0.1

Papas

100 g

Cochayuyo

150 g

2.5

17.7

0.3

Almendras

0.5

0.8

1.3

Nuez

0.5

2.5

Mermeladas

30 g

0.2

15.0

Azúcar

6.9

Miel de abejas

30 g

23.7

Aceite

10 cc

9.97

Margarina

20 g

0.1

17.0

150

Mayonesa

20 g

0.26

1.9

12.9

125

Coca-Cola

200 cc

20.8

Coca-Cola Light

100 cc

Fanta

200 cc

20.8

Jugo de naranja

150 cc

16.5

Jugo de limón

150 cc

16.5

Jugo de pomelo

150 cc

16.5

Jugo de manzana

150 cc

18.7

Jugo de zanahoria

150 cc

1.5

11.2

Vino

150 cc

0.3

3.1

113

Cerveza

200 cc

0.8

17.6

Capítulo 3

Nutrición

Whisky

40 cc

143

Pisco

30 cc

Sopaipilla

50 g

2.4

23.4

11.2

203

Sopaipilla pasada

50 g

2.5

41.3

11.2

276

Empanadas de pino

12.1

46.2

13.3

276

Empanadas de queso

4.6

20.05

12.9

215

Pizza

1 trozo

15.9

25.0

14.6

306

Pan amasado

7.1

61.9

20.7

454

Pan centeno

100 g

9.2

53.4

0.7

261

Berlín

100 g

6.3

50.7

8.2

302

Torta

1 trozo

9.1

72.5

35.1

628

Alfajor

45 g

2.75

22.06

10.26

191

Fuente: Arteaga y cols. (1994) Manual de Nutrición del Adulto, Pontificia Universidad Católica de Chile.

Actividades

1.   A partir de los datos que aparecen en la tabla anterior calcula la cantidad de calorías de tu grupo familiar, las necesidades de acuerdo a la actividad de cada uno de ellos el IMC.

CPECH Preuniversitarios

157

capítulo

Conceptos fundamentales

1. Calorías: Es la energía patrón que se utiliza para la medición de la energía calórica. Una caloría es igual a la cantidad de calor que se requiere para elevar la temperatura de un gramo de agua desde 14,5 ºC hasta 15,5 ºC. 2. Dieta equilibrada: Se refiere a la dieta que contiene los nutrientes en la cantidad necesaria para desarrollar las funciones corporales normales, de tal forma que se compensan las pérdidas de materia y depósitos de energía del organismo. 3. Glucógeno: Polisacárido de reserva energética, propio de células animales. Formados por numerosas unidades de glucosa. Se encuentra principalmente en el hígado y tejido muscular. 4. Hígado: Mayor glándula del organismo, de color rojo oscuro formado por varios lóbulos y ubicado en la cavidad abdominal. Constituye un órgano vital, debido a las funciones que desempeña. Produce bilis que participa de la digestión de las grasas, elimina eritrocitos viejos de la circulación recuperando hierro de la hemoglobina, fabrica la mayoría de las proteínas plasmáticas, tiene función desintoxicadora, almacena glucosa para los períodos de ayuno, etc. 5. Índice de Masa Corporal (IMC): Índice que se utiliza para evaluar el estado nutricional relacionando las variables de peso (kg) y altura (m). 6. Metabolismo: Conjunto de reacciones químicas que suceden dentro de las células. 7. Metabolismo basal: Gasto energético mínimo necesario para mantener las funciones vitales como la respiración, circulación, etc. 8. Requerimiento energético: Concepto que se refiere a la cantidad de calorías que requiere una persona para mantener su metabolismo según sexo, edad y nivel de actividad física. 9. Sistema porta: Sistema de circulación sanguínea diferente en la secuencia de los vasos. En el caso del hígado, la vena porta lleva sangre rica en sustancias nutritivas hacia el hígado, las que pueden ser almacenadas, transformadas o eliminadas de acuerdo a la función hepática.

CPECH

Preuniversitarios

10. Vitaminas: Compuestos químicos orgánicos indispensables en cantidades pequeñas para el metabolismo.

158

corresponde al...

Preuniversitarios

Edad Sexo Actividad Embarazo Lactancia

CPECH

depende de...

Metabolismo

Conjunto de reacciones que satisfacen las distintas necesidades de un ser vivo

Elementos minerales

cuando el requerimiento es mínimo....

en proporción óptima...

Estructural Transporte de sustancias Hormonas Enzimas Inmunológica

Reserva energética Aislante térmico Aislante eléctrico Constituyente de membranas

La dieta entrega los diversos nutrientes

Proteínas

Lípidos

Nutrición

Metabolismo basal

Dieta equilibrada

Vitaminas

Sustancias orgánicas que el organismo humano es incapaz de producir o lo hace en cantidades insuficientes por lo que deben ser aportadas por la dieta. Por ejemplo vit A, complejo B, C, etc.

Micronutrientes

requeridos en cantidades mínimas...

Sustancias que se encuentran ampliamente distribuidas en los alimentos y que son indispensables para la vida, tales como Na+, K+, Ca+2.

requeridos en cantidades mayores...

su procesamiento y transformación comprende la ...

Macronutrientes

Incorporación conciente de alimentos

Conformados por...

se refiere a la...

Reserva energética Proporciona energía

Carbohidratos

Alimentación

Síntesis de contenidos

Capítulo 3

Nutrición

159

capítulo

Ejercicios

Ejercicios resueltos 1.

El concepto de dieta equilibrada se refiere a la ingesta

I) el peso. II) la edad. III) el nivel de actividad física.

de alimentos que satisfagan las necesidades energéticas. II) que permite alcanzar un peso ideal. III) de minerales y vitaminas para las funciones reguladoras.

Es (son) correcta(s) A) B) C) D) E)

solo I. solo II. solo III. solo I y II. I, II y III.

Correcta: E. Habilidad: Reconocimiento. Defensa: La dieta equilibrada apunta a satisfacer las necesidades energéticas diarias en su justa medida, de tal manera que se alcance un peso ideal de acuerdo a edad, sexo y actividad. La dieta además debe aportar las sales minerales y vitaminas para las funciones metabólicas en las que participan.

2. ¿Cuál(es) de los siguientes alimentos NO deben faltar en cualquier dieta?

CPECH

Preuniversitarios

I) Verduras. II) Cereales. III) Frituras.

160

A) B) C) D) E)

Solo I Solo II Solo I y II Solo I y III I, II y III

Correcta: C Habilidad: Reconocimiento. Defensa: Las frituras son alimentos no esenciales en una dieta debido a que aumentan el aporte calórico innecesariamente. El aceite se debe consumir de preferencia en forma cruda en las ensaladas (oliva). Las verduras y cereales están presentes en una dieta equilibrada.

Los requerimientos nutricionales de una persona dependen de

solo I. solo II. solo III. solo I y III. I, II y III.

Correcta: E Habilidad: Reconocimiento. Defensa: El aporte calórico de los alimentos está de acuerdo a la edad de las personas, el nivel de actividad física (activo – sedentarismo), peso, embarazo, lactancia.

¿Cuál(es) de los siguiente(s) es(son) nutrientes que se utilizan en la reparación de tejidos del organismo? I) Aminoácidos. II) Monosacáridos. III) Ácidos grasos. A) B) C) D) E)

Solo I Solo II Solo III Solo I y II Solo II y III

Correcta: A Habilidad: Comprensión. Defensa: La reparación de tejidos es en base a proteínas, por tanto son los aminoácidos los que participan. Los monosacáridos y ácidos grasos son esencialmente nutrientes de valor energético.

Capítulo 3

Nutrición

Ejercicios 5. En relación a la ingestión de glucosa es correcto que

Ejercicios propuestos 1.

I) el hígado se encarga de almacenarla. II) el exceso se deposita finalmente como grasa en el tejido adiposo. III) en condiciones de ayuno el hígado asegura una concentración sanguínea normal. A) B) C) D) E)

I) un desequilibrio puede llevar a una pérdida de peso. II) debe compensar la pérdida de materia y depósitos de energía. III) debe ser variada para cubrir los requerimientos nutricionales.

Solo I Solo II Solo I y II Solo II y III I, II y III

Correcta: E. Habilidad: Reconocimiento. Defensa: El hígado es el órgano encargado de almacenar la glucosa en forma de glucógeno, así como también de liberarla en condiciones de ayuno y ejercicio. Cuando una persona tiene una dieta hipercalórica, el exceso de glucosa que consume se transforma en grasa, depositándose en el tejido adiposo.

En relación a una dieta, es correcto que

A) B) C) D) E)

Solo I Solo II Solo I y II Solo II y III I, II y III

Con respecto a la función del hígado desde el punto de vista nutricional, es correcto que I)

en períodos de ayuno, se encarga de mantener un nivel normal de glucosa en la sangre. II) cuando es sobrepasada su capacidad de almacenamiento de glucosa, esta se deposita en el tejido adiposo. III) almacena glucosa como glucógeno. A) B) C) D) E) 3.

Solo I Solo II Solo III Solo I y III I, II y III

La función de los lípidos en el organismo es

CPECH Preuniversitarios

A) ser fuente energética de utilización inmediata. B) participar en los procesos de reparación de tejidos. C) servir como aislante térmico. D) participar en la regulación de las reacciones químicas. E) proporcionar propiedades elásticas a los tejidos.

161

capítulo

Ejercicios Respecto a las sales minerales es correcto afirmar que A) proporcionan menos energía que los monosacáridos. B) se requieren en cantidades trazas. C) participan en funciones reguladoras del metabolismo. D) su ingesta debe ser de prioridad en cuanto a cantidad. E) representan el 10 % del peso corporal.

El metabolismo basal se mide en condiciones de I) ayuno. II) reposo sentado. III) ambiente térmico 1 ºC mayor a la tº corporal. Es (son) correcta(s) A) B) C) D) E)

solo I solo II solo III solo I y II I, II y III

Reconocimiento

Comprensión

Alternativa

Número

Habilidad

CPECH

Comprensión

162

Preuniversitarios

Respuestas correctas

Capítulo 4

SISTEMA DIGESTIVO

Aprendizajes Esperados

Definir las funciones del sistema digestivo. Identificar y caracterizar los órganos del tubo digestivo. Nombrar y explicar las funciones de los distintos segmentos del tubo digestivo. Identificar y explicar las funciones de cada una de las glándulas anexas. Describir la importancia y acciones de las secreciones digestivas. Explicar la regulación de las secreciones pancreáticas y biliares. Explicar el proceso de absorción de sustancias nutritivas.

El plan corporal de un organismo, así como su modo de vida, están adaptados a su manera específica de obtener alimento. Con solo ligeras variaciones todos los animales requieren los mismos nutrimentos básicos: minerales, vitaminas, carbohidratos, lípidos y proteínas.

capítulo

Sistema digestivo

1. Introducción

faringe

esófago

hígado estómago vesícula biliar

páncreas

intestino delgado

intestino grueso apéndice recto

Los organismos vivos, unicelulares o pluricelulares, están dotados de complejos procesos que permiten la mantención de la vida de los mismos, tales como movilizarse, renovar tejidos, sintetizar sustancias, etc. La mayoría de estos procesos requieren energía, la cual se encuentra en el medio ambiente externo. Esta energía, sin embargo, no se encuentra disponible en forma libre, sino que formando parte de las moléculas que constituyen los alimentos. Por esta razón deben realizar un proceso digestivo que permita la utilización de la energía almacenada en los alimentos. En los unicelulares, que carecen de aparato digestivo, los alimentos penetran directamente a la célula desde el medio ambiente. Esto les obliga a nutrirse solo con sustancias simples y de fácil difusión.

ano

Los animales más evolucionados ingieren alimentos compuestos. Por lo tanto, antes de formar parte integral del cuerpo, deben ser degradados y transformados. Este proceso se realiza en el tubo digestivo.

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Preuniversitarios

En la digestión participan varios mecanismos que actúan simultáneamente, pero que, por fines didácticos, serán tratados en forma separada. Estos mecanismos son en orden secuencial, los siguientes:

164

• Alimentación: La alimentación es el acto de proporcionar al cuerpo alimentos e ingerirlos, es un proceso consciente y voluntario y, por tanto, está en nuestras manos modificarlo. • Nutrición: Corresponde al conjunto de procesos fisiológicos por los cuales el organismo recibe, transforma y utiliza las sustancias químicas contenidas en los alimentos, por lo tanto, es un proceso involuntario e inconsciente.

Capítulo 4

Sistema digestivo

• Ingestión: Es el ingreso de sustancias alimenticias al aparato digestivo. • Deglución: Es el paso del bolo alimenticio desde la faringe hacia el esófago. • Digestión: Es la transformación de los alimentos en moléculas simples, pequeñas y difusibles por la acción mecánica del tubo digestivo y por la acción de las enzimas digestivas contenidas en los diferentes jugos digestivos. • Absorción: Es el paso de los alimentos ya degradados al torrente circulatorio y linfa. • Egestión: Es la eliminación de los residuos no digeribles. En los vertebrados, el sistema digestivo está constituido por el tubo digestivo y las estructuras anexas. • El tubo digestivo es un largo tubo continuo, que se inicia en la boca y termina en el ano. Sus estructuras son boca, faringe, esófago, estómago, intestino delgado, intestino grueso, ano. • Las estructuras anexas proporcionan las enzimas y otras sustancias esenciales para la digestión. Estas son las glándulas salivales, el hígado, el páncreas y la vesícula biliar. También se incluyen dentro de la estructuras anexas a la lengua y a los dientes.

2. Histología del tubo digestivo Peritoneo visceral

Desde el esófago hasta el conducto anal, la pared del tubo digestivo está formada por cuatro capas de tejidos, las cuales desde el lumen (cavidad) hacia el exterior son mucosa, submucosa, muscular y serosa. a. Mucosa

Ganglio linfático Vellosidad Capa Muscular

Vasos sanguíneos

Submucosa Fibras nerviosas

Esta capa está constituida por tejido epitelial, lámina propia y una cubierta delgada externa de músculo liso.

Mucosa

Fibras circulares, internas Fibras longitudinales, externas

b. Submucosa Se ubica entre la mucosa y la capa muscular principal del tubo digestivo.

Normalmente, la pared de la mayor parte de las estructuras del tubo digestivo poseen 2 capas musculares lisas (excepto el estómago, que tiene una tercera). Una capa interna cuya orientación es circular, y una capa externa, cuyas células presentan una orientación longitudinal.

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c. Muscular

CPECH

Es una capa muy vascularizada y contiene al plexo submucoso o plexo de Meissner, el cual es parte del sistema nervioso autónomo (SNA), encargado de regular los movimientos de la mucosa y la constricción de los vasos sanguíneos.

165

capítulo

Sabías que... El peristaltismo es un mecanismo de impulsión consistente en ondas de contracciones que viajan a lo largo del sistema, forzando el avance del alimento hacia el segmento que aún está relajado.

Las contracciones involuntarias del músculo liso ayudan al desdoblamiento físico de los alimentos, su mezclado con las secreciones digestivas y su propulsión por el tubo digestivo (peristaltismo). d. Serosa Es la capa más externa de las porciones del tubo digestivo suspendidas en la cavidad abdominal. Está formada de tejido conectivo y epitelio.

3. Cavidad bucal La cavidad bucal está formada por los dientes, la lengua, las mejillas y el paladar (ubicado en el techo de la boca). Constituye el primer segmento del tubo digestivo en el cual los alimentos reciben un tratamiento mecánico por la masticación, así como un tratamiento químico por acción del primer jugo digestivo secretado a este nivel: la saliva. Labio superior Frenillo

Paladar duro Paladar blando  Úvula Carrillo

Encías Arco glosopalatino Fauces Arco faringopalatino Amígdala Lengua

Molares Premolares Canino Incisivos Vestíbulo

Frenillo Orificio del conducto de Rivinus Encía Frenillo Labio inferior

a. Las piezas dentarias (dientes)

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Carnívoros con mayor desarrollo de los caninos

166

Herbívoros con mayor desarrollo de los molares

Fuente: “La Biología en la Tierra” Editorial Pearson

Son estructuras calcificadas especializadas en el procesamiento del alimento. Existen cuatro clases de dientes: incisivos, caninos, premolares y molares. Los caninos están especializados en desgarrar el alimento, los incisivos se encargan de cortar, los premolares trituran y los molares muelen el alimento. El mayor desarrollo que tenga un tipo de diente por sobre otro depende del tipo de dieta del animal. La fórmula dentaria humana es diferente según la edad. Así, la dentición temporal (o de leche) está conformada por 20 piezas: 8 incisivos, 4 caninos y 8 molares. La dentición permanente, en tanto, se constituye por 32 piezas: 8 incisivos, 4 caninos, 8 premolares y 12 molares.

Capítulo 4

Sistema digestivo

b. La saliva Cuando se mastica el alimento, este es humedecido por la saliva, la cual es una secreción acuosa producida por tres pares de glándulas (parótidas, submaxilares y sublinguales), ubicadas por fuera de la cavidad bucal y por pequeñas glándulas (glándulas bucales), localizadas en el tapiz de la mucosa de la boca.

3.1 Composición y funciones de la saliva La saliva es una solución acuosa, compuesta por un 99,5% de agua y 0,5% de solutos, se secretan 1500 mL al día, entre los cuales se incluyen iones como calcio, fósforo, bicarbonato, cloro y sodio; desechos metabólicos, como la urea; y diversas sustancias como moco (lubrica el alimento), inmunoglobulina A (anticuerpo), la enzima bactericida lisozima y dos enzimas digestivas, la Ptialina o amilasa salival, y la lipasa lingual. El agua de la saliva ayuda a disolver los alimentos, de modo que se puedan saborear y se inicien las reacciones digestivas. Los iones cloruro activan la amilasa salival. Los iones bicarbonato y fosfato amortiguan los alimentos ácidos que entran a la boca, por lo que el pH de la saliva oscila entre 6.35 y 6.85 y se reconoce como neutra. Las inmunoglobulinas inhiben la proliferación bacteriana, mientras que la lisozima da muerte a las bacterias. La amilasa salival se conoce también como ptialina. Cataliza la transformación de almidón a maltosa (y otros oligosacáridos), actúa preferentemente a pH neutro o ligeramente alcalino.

Almidón (Polisacárido)

Amilasa salival

Maltosa y otros oligosacáridos (Disacárido)

3.2 Control nervioso La secreción de saliva está regulada por el sistema nervioso autónomo: En condiciones normales el S.N. Parasimpático estimula la producción continua de saliva. De esta manera, se mantiene húmeda la boca y la lengua se mantiene lubricada durante el habla. La estimulación del S.N. Simpático predomina durante el estrés, por lo que estimula la producción de una saliva espesa, con un alto contenido mucoso, presentándose la sensación de sequedad en la boca. Las acciones de tocar y saborear los alimentos, así como olerlos, verlos, escuchar sonidos relacionados con ellos o con la anticipación del alimento, estimulan la salivación. La lengua es un órgano accesorio digestivo compuesto de músculo esquelético cubierto de mucosa. Participa en la digestión mezclando los alimentos con la saliva, así como también en la deglución. En mamíferos, la lengua presenta en su superficie estructuras encargadas del gusto, conocidas como papilas gustativas.

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• Digestión mecánica: La masticación corresponde al acto voluntario resultante de la acción mecánica de las piezas dentarias y estructuras bucales, que culmina con la transformación de los alimentos en el llamado bolo alimenticio. Los músculos depresores y elevadores movilizan la mandíbula, permitiendo la acción de las piezas dentarias, que sumadas a la acción de la saliva y de la lengua permiten la ruptura de los alimentos y la formación del bolo.

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3.3 Digestión mecánica y química en la boca

167

capítulo

• Digestión química: Este proceso es realizado principalmente por la enzima amilasa salival, que inicia la digestión de los almidones. Su función es romper los enlaces químicos entre las glucosas, lo cual da por resultado disacáridos del tipo maltosa y oligasacáridos como la maltotriosa. Aun cuando por lo general se degluten los alimentos con excesiva rapidez, para que ocurra la conversión en disacáridos, la amilasa sigue actuando por casi una hora en el estómago. Luego se inactiva por efecto de los ácidos gástricos. Por otra parte, la saliva también contiene la enzima lipasa lingual, que empieza la digestión de los lípidos (triglicéridos); pero a nivel del estómago, pues se activa gracias a la acidez estomacal. La acción conjunta de los dientes, la lengua y la saliva permite transformar a los alimentos ingeridos en una masa parcialmente digerida conocida como bolo alimenticio, el cual será transportado hacia el estómago, a través de un proceso denominado deglución.

4. Faringe Desde la cavidad bucal, los alimentos pasan a la faringe, conducto que va desde los orificios posteriores de la cavidad nasal hasta el esófago. Este lugar se comunica con las vías respiratorias y digestivas. Aquí es donde ocurre una de las fases de la deglución, siendo un acto reflejo que corresponde al paso del alimento desde la boca hacia el estómago. Consta de tres fases: voluntaria, involuntaria faríngea e involuntaria esofágica. • Fase voluntaria: En esta fase, la lengua se eleva y de desplaza hacia atrás, impulsando al bolo alimenticio a ingresar a la faringe. • Fase involuntaria faríngea: Una vez en la faringe (u orofaringe), el velo del paladar (úvula) se eleva ocluyendo el paso del aire desde la nasofaringe a la orofaringe. La laringe sube y la epiglotis se desplaza hacia atrás, cerrando el orificio superior de la laringe (glotis). De esta manera, el bolo cruza la laringofaringe y entra al esófago en uno a dos segundos. Luego se abren de nuevo las vías respiratorias, reanudándose la respiración. Con este reflejo, la faringe queda convertida solo en una vía digestiva transitoria, impidiendo así el ingreso de trozos de alimentos a la vía aérea. De esta manera, se detiene momentáneamente la respiración. • Fase involuntaria esofágica: Se inicia el movimiento peristáltico, que hace avanzar el bolo alimenticio en dirección al estómago. Este movimiento, cuando pasa por el esfínter gastroesofágico, provoca que este se relaje, permitiendo el paso del bolo al estómago.

Aire

Bolo alimenticio

CPECH

Preuniversitarios

Faringe

168

Epiglotis

Epiglotis Laringe Tráquea Esófago

Laringe Cuerdas vocales

Capítulo 4

Sistema digestivo

5. Esófago Desde este lugar ocurren los movimientos peristálticos, que son contracciones y dilataciones de la pared del tubo digestivo, que van haciendo avanzar el alimento. Es un tubo muscular, colapsable, que se extiende desde la faringe hasta el estómago. Su tercio superior está constituido por musculatura de tipo estriada y los dos tercios restantes por musculatura lisa. El esófago presenta dos esfínteres que regulan el ingreso y salida del bolo alimenticio. El superior se denomina faringoesofágico (o esfínter esofágico superior) y el inferior, gastroesofágico o cardias (o esfínter esofágico inferior). El esófago presenta glándulas que secretan moco que ayudan a lubricarlo, facilitando el paso del bolo alimenticio. No produce enzimas digestivas ni lleva a cabo la absorción.

Actividades 1.   Verdadero o falso a) b) c) d) e) f) g)

_____ _____ _____ _____ _____ _____ _____

Existen glándulas salivales en el paladar y en la mucosa labial. Los dientes son estructuras vivas. La saliva es un jugo digestivo que posee la enzima proteolítica llamada ptialina. El esófago es un tubo muscular que posee musculatura estriada. Los movimientos esofágicos son de tipo peristáltico. El objetivo de la deglución es mantener la vía aérea permeable para el paso del bolo alimenticio. El sistema parasimpático estimula la liberación de saliva de tipo mucoso.

2.  Términos pareados 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Canino Molar Premolar Incisivo Wharton Stennon

( ( ( ( ( (

) ) ) ) ) )

glándula parótida cortar desgarrar triturar glándula submaxilar moler

3. Enumera 5 funciones de la cavidad bucal.

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169

capítulo

6. Estómago Es un saco muscular de paredes gruesas ubicado en la parte superior izquierda del abdomen. En él se distinguen las siguientes regiones: cardias (rodea la abertura superior del estómago), fondo (porción ubicada a la izquierda del cardias), cuerpo (porción central del estómago), antro pilórico (porción inferior) y píloro (zona de comunicación con el duodeno). Este último se comunica con el duodeno mediante un esfínter conocido como esfínter pilórico. Músculos circulares relajados

esófago fundus

Músculos circulares contraídos

membrana mucosa cuerpo

Bolo alimenticio

píloro

antro

duodeno

capas musculares

Estómago

6.1 Histología En un corte histológico se pueden apreciar 3 túnicas o capas: a. Túnica interna Está constituida por la mucosa gástrica que posee millones de pequeñas glándulas microscópicas que secretan el jugo gástrico (glándulas gástricas). Las glándulas gástricas poseen tres tipos de células exocrinas. - Células oxínticas o parietales: Productoras de ácido clorhídrico y factor intrínseco. - Células principales o cimógenas: Productoras de pepsinógeno. - Células mucosas: Productoras de moco. Las secreciones de estos tres tipos de células forman el jugo gástrico. Además, las glándulas gástricas incluyen un tipo de células enteroendocrinas que producen la hormona gastrina.

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b. Túnica media

170

Presenta 3 capas musculares lisas: circular interna, oblicua media y longitudinal externa. Esto permite que el estómago se contraiga en múltiples direcciones y con gran fuerza.

c. Túnica externa Está constituida por un tejido protector, que es denso y grueso, denominado serosa.

Capítulo 4

Sistema digestivo

6.2 Jugo gástrico Líquido producido por las células glandulares del epitelio gástrico. Posee un pH muy ácido, cercano a 1.5 -2.0. Se produce diariamente 2 litros. Está compuesto de:

a. Ácido clorhídrico Proporciona el carácter ácido al jugo gástrico, facilitando con esto la acción de las enzimas, desnaturaliza a las proteínas y convierte al pepsinógeno en pepsina; también cumple una función antiséptica. b. Factor intrínseco Es necesario para la absorción de vitamina B12 en el íleon. La vitamina B12, a su vez, es necesaria para la producción de eritrocitos. El factor intrínseco es el único elemento indispensable del jugo gástrico.

c. Moco Producido por las células caliciformes, es una sustancia viscosa y mucosa que protege el estómago de la acción corrosiva del ácido clorhídrico. La capa de mucina del estómago es la más gruesa de todo el tubo digestivo, justamente para proteger la pared del estómago de la acción del HCl.

d. Enzimas: - Pepsina: Es una enzima que rompe las cadenas proteicas y las transforma en polipéptidos. Esta enzima inicia la digestión de proteínas y actúa en un medio ácido. Se secreta en forma de pepsinógeno que es su forma inactiva. El ácido clorhídrico la transforma en pepsina activa.

El esfínter esofágico inferior se abre

Dirección del alimento

Alimento mezclado (quimo)

- Proteasa láctea: Presente en lactantes, actúa sobre la caseína (proteína soluble de la leche), la transforma en cuajo al coagularla. Permite así la acción más prolongada de la pepsina, al permanecer ella más tiempo en el estómago.

Esfínter pilórico cerrado

Dirección del alimento

6.3 Digestión mecánica y química Duodeno

El esfinter pilórico se abre

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Dirección del alimento

CPECH

Cuando el bolo ingresa al estómago, este se relaja para dar cabida a los alimentos. Esta es una acción refleja llamada relajación receptiva. Luego se produce una serie de contracciones que aumentan de intensidad en forma progresiva, denominadas ondas de mezclado que maceran los alimentos, los mezclan con el jugo gástrico y terminan transformando el bolo en un líquido parecido a una sopa llamado quimo. Al ocurrir la digestión en el estómago, se inician ondas de mezclado más intensas en el cuerpo gástrico y se

171

capítulo

intensifican a medida que se acercan al píloro. Al llegar los alimentos a esta zona, cada onda de mezclado fuerza el paso de varios mililitros de quimo al duodeno por el esfínter. La mayor parte del quimo regresa al cuerpo del estómago, donde continúa su mezclado. El contacto del quimo con la pared duodenal determina que se cierre el píloro, de manera que no pasa temporalmente alimento semidigerido desde el estómago al intestino delgado. La digestión química se inicia con la acción de la enzima pepsina sobre las proteínas. La absorción a nivel del estómago es mínima, puesto que las células epiteliales son impermeables a muchos elementos. Sin embargo, las células mucosas absorben una cierta cantidad de agua, iones, algunos medicamentos (especialmente el ácido acetilsalicílico) y el alcohol.

6.4 Control de la secreción gástrica El control de la secreción gástrica involucra mecanismos nerviosos y hormonales. Con fines descriptivos se ha dividido en tres etapas: cefálica, gástrica e intestinal. a. Fase cefálica: Esta fase consiste en reflejos que inician receptores cerebrales. Los estímulos para la activación de estos reflejos son: la visión, el olfato, el gusto, la masticación, la deglución y algunos reflejos condicionados de anticipación de la comida.

La corteza cerebral y el centro de la alimentación hipotalámico envían impulsos nerviosos hacia el bulbo raquídeo, que a su vez los transmite a las fibras del nervio vago, el cual en su momento estimula a las células parietales, principales y mucosa, incrementándose la secreción de jugo gástrico. También actúa sobre las células G del antro que liberan la hormona gastrina. Emociones como ira, miedo y ansiedad tienden a desacelerar la digestión, ya que estimulan al sistema nervioso simpático, que inhibe la actividad gástrica.

Esta fase explica aproximadamente el 30% de la secreción total de jugo gástrico como reacción a una comida.

b. Fase gástrica: Los estímulos para esta fase son la distensión del estómago, que provoca un reflejo de relajación receptiva, y la presencia de productos fragmentados de proteínas, como aminoácidos y péptidos pequeños. La distensión del estómago provoca estimulación vagal directa de las células parietales e indirecta sobre la liberación de gastrina.

Además, los péptidos y aminoácidos estimulan a las células G del antro que liberan gastrina hacia las células parietales.

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Preuniversitarios

El alcohol y la cafeína también estimulan la secreción de jugo gástrico, especialmente HCl. Esta fase explica casi el 60% de la secreción total de HCl en respuesta a una comida.

172

c. Fase intestinal: Se presenta debido a la activación de receptores en el intestino delgado. Existen varios mecanismos que actúan durante esta fase que inhiben la secreción gástrica, de esta manera desaceleran la salida de quimo desde el estómago para evitar que el duodeno se sobrecargue. Uno de estos está dirigido por la secretina, hormona duodenal, la cual inhibe la liberación de gastrina y disminuye la motilidad gástrica con el que el vaciamiento gástrico se hace más lento. La otra hormona es la colecistocinina (CCK), que también inhibe el vaciamiento gástrico.

Capítulo 4

Sistema digestivo

6.5 Hormonas digestivas Las principales hormonas que regulan la digestión son: a. Gastrina Su secreción es estimulada por la distensión del estómago, proteínas parcialmente digeridas, cafeína y el pH bajo del jugo gástrico. Sus efectos son promover la secreción de jugo gástrico, aumentar la motilidad gástrica y estimular el crecimiento de la mucosa gástrica, además, constriñe el esfínter esofágico inferior y relajar el esfínter pilórico e ileocecal.

b. Secretina Su secreción es estimulada por el quimo ácido, que entra al intestino delgado. Sus efectos son estimular la secreción de jugo pancreático y bilis con alto contenido de HCO3– (bicarbonato). Además, inhibe la secreción de jugo gástrico, promueve el crecimiento y mantenimiento normal del páncreas e intensifica los efectos de la colecistocinina (CCK).

c. Colecistocinina (CCK) Su secreción es estimulada por proteínas parcialmente digeridas, triglicéridos y ácidos grasos que llegan al intestino delgado. Sus funciones son estimular la secreción de jugo pancreático rico en enzimas digestivas, causar la expulsión de bilis de la vesícula biliar y apertura del esfínter de Oddi en la ampolla de Vater, e induce ansiedad (ansiogénico). Además inhibe el vaciado gástrico, promueve el crecimiento y mantenimiento normal del páncreas e intensifica los efectos de la secretina.

6.6 Vaciamiento gástrico Después de una comida, el estómago contiene aproximadamente 1.5 litros entre sólidos, líquidos y secreciones gástricas. El vaciamiento del estómago hacia el duodeno toma alrededor de tres horas. La tasa de vaciamiento gástrico debe regularse para dar tiempo a la neutralización del ácido que pasa con el quimo hacia el duodeno. Los líquidos se vacían más rápido que los sólidos y el contenido del quimo isotónico se vacía más rápido que uno hipertónico (mayor contenido de sustancias a digerir). Para entrar al duodeno, las partículas deben reducirse a un volumen de 1 mm3 y la retropropulsión continúa hasta que el alimento alcanza el tamaño requerido, es decir, retrocede dentro del estómago hasta alcanzar el tamaño antes mencionado.

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Los dos factores principales que disminuyen el vaciamiento gástrico (lo hacen más lento) son las grasas y los protones en el duodeno. Los ácidos grasos y otros alimentos parcialmente digeridos estimulan la secreción de CCK que disminuye la motilidad gástrica, mientras que los efectos de los protones son mediados por el sistema nervioso entérico. De esta manera hay tiempo suficiente para completar la digestión de los nutrientes y neutralizar el ácido que acompaña al quimo.

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capítulo

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7. Intestino delgado Sabías que... Una úlcera es una herida con forma de cráter en una membrana, causada por destrucción de tejido. Las dos localizaciones digestivas más comunes del sistema digestivo son el estómago (úlceras gástricas) y el duodeno (úlceras duodenales). Estas zonas están expuestas con regularidad a niveles altos de ácido clorhídrico. La secreción excesiva de ácido o hiperacidez es un factor importante para la formación de úlceras. Si el ácido no es neutralizado, destruye tejido suficiente para perforar la pared del estómago o el duodeno. Hasta hace poco tiempo, los fármacos como la cimetidina, que reducen la secreción ácida, eran el tratamiento principal. La causa básica parece ser una bacteria con forma de espiral, Helicobacter pylori. Este microorganismo perfora el revestimiento mucoso protector del tubo digestivo y afecta la capacidad para producir más moco. De ese modo se abre camino para que el ácido gástrico comience el ataque productor de úlceras. En la actualidad muchos tratamientos antiulcerosos se centran en la administración de antibióticos para combatir a la bacteria H.pylori.

Es un tubo muscular ubicado a continuación del estómago. Mide aproximadamente 6 metros y se extiende desde el estómago hasta su unión con el intestino grueso. El intestino delgado se divide en tres partes. La primera, llamada duodeno, mide 25 centímetros y tiene la forma de una letra C, la segunda porción se denomina yeyuno y la tercera se denomina íleon, la parte final del intestino, es la más larga y termina en la válvula o esfínter ileocecal, donde se une al intestino grueso.

7.1 Histología La pared del intestino delgado se compone de las mismas cuatro capas que el resto del tubo digestivo; sin embargo, ciertas características de la mucosa y submucosa facilitan la digestión y absorción en él. La mucosa es altamente especializada, pues presenta una serie de estructuras que le permiten aumentar la superficie de absorción:

a. Vellosidades intestinales Son formaciones digitiformes que sobresalen de la línea basal de la mucosa. En su interior se encuentran capilares sanguíneos y linfáticos que reciben los nutrientes absorbidos por la mucosa. Cada vellosidad posee en su parte central, una arteriola, red de capilares sanguíneos, una vénula y un vaso quilífero central, el cual es un vaso linfático. Su gran número, de 20 a 40 por mm2, incrementa considerablemente el área de superficie disponible para la absorción y digestión. El epitelio de la mucosa incluye diferentes células, tales como las células caliciformes, enteroendocrinas y las células de absorción. La membrana apical de las células de absorción presentan microvellosidades, cada una de las cuales corresponde a una proyección cilíndrica de cerca de 1 micrómetro de longitud. Se calcula que en 1 mm2 se encuentran 200 millones de microvellosidades, lo que incrementa enormemente la superficie celular. Las células caliciformes producen moco, protegiendo la mucosa de los elementos que transitan por el lumen intestinal. La capa mucosa posee muchas depresiones profundas llenas de epitelio glandular. Las células de revestimiento de estas depresiones constituyen las criptas de Lieberkühn que secretan el jugo intestinal.

Capítulo 4

Sistema digestivo

También existen tres tipos de células enteroendocrinas, situadas en las profundidades de las criptas, las cuales secretan hormonas, como, por ejemplo, la secretina y la colescistocinina (CCK).

b. Vellosidades intestinales o pliegues de Kerckring Corresponden a grandes plegamientos de la mucosa intestinal de 10 mm de altura. Mejoran la absorción al incrementar el área de superficie y hacen que el quimo describa un trayecto en espiral, a su paso por el intestino delgado. La capa submucosa duodenal contiene las glándulas de Brunner, las cuales secretan un moco alcalino que ayuda a neutralizar la acidez del quimo.

Microvellosidades

Célula epitelial

Vaso quilífero

célula epitelial vellosidad

Unión estrecha mucosa Desmosoma

Célula caliciforme submucosa muscular

Mitocondria Núcleo Complejo de Golgi Membrana celular

Vena Arteria

serosa

Vellosidad intestinal

Detalle célula epitelial o enterocito

7.2 Jugo intestinal Es un líquido ligeramente alcalino (pH 7,6), se produce diariamente 1 litro que contiene agua, moco y algunas enzimas digestivas como la lipasa intestinal, la cual hidroliza los lípidos. Las células de absorción secretan diversas enzimas digestivas, insertándolas en la membrana de las microvellosidades, entre estas enzimas se encuentran la maltasa (actúa sobre la maltosa), la sacarasa (actúa sobre la sacarosa) y la lactasa (actúa sobre la lactosa), transformando a los hidratos de carbono en los correspondientes monosacáridos. Además, están las enzimas peptidasas (aminopeptidasa y dipeptidasa), que actúan sobre los polipéptidos y péptidos, entre otras.

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capítulo

Actividades 1. Verdadero o falso a. _____ La hormona secretina estimula la producción de jugo gástrico. b. _____ El órgano gástrico es productor de hormonas. c. _____ Durante el período digestivo el esfínter pilórico se cierra y en los períodos interdigestivos se abre. d. _____ El estómago presenta una gran capacidad de absorción. e. _____ El ácido clorhídrico no perfora la pared gástrica, porque no posee un pH muy ácido. f. _____ Las proteínas de la leche, al ser consumidas por un adulto, son digeridas por una enzima gástrica llamada “Proteasa Láctea”. g. _____ La secreción de jugo pancreático es alcalina, pues posee abundante cantidad de bicarbonato.

2. Términos pareados 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

Conducto de Wirsung Conducto cístico Ampolla de Vater Esfínter pilórico Células parietales Células G Células principales Vaso quilífero Células caliciformes

( ( ( ( ( ( ( ( (

) ) ) ) ) ) ) ) )

Secreción de Moco Alcalino. Conducto excretor de vesícula biliar. Esfínter gástrico. Secreción de HCI. Vellosidad intestinal. Conducto excretor del páncreas. Duodeno. Secreción de gastrina. Secreción de pepsinógeno.

3. Nombra los componentes de la mucosa intestinal que aumentan la superficie de absorción.

7.3 Glándulas anexas 7.3.1 Hígado y vesícula biliar a. El hígado

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Es uno de los órganos más voluminosos que existen. Pesa aproximadamente 1.500 gramos. Se ubica en la parte superior derecha del abdomen, por debajo del diafragma, y cubre parcialmente al estómago. Tiene una coloración roja oscura y, si se le mira muy de cerca, parece estar constituido por una serie de pequeños granulillos. Cada uno de ellos es un “lobulillo hepático”, unidad estructural y funcional del hígado.

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El hígado, aunque cumple un rol sumamente importante en la digestión de las grasas, tiene muchas otras funciones. Entre ellas podemos nombrar: - Produce bilis. - Produce glóbulos rojos durante la vida intrauterina (función eritropoyética).

Capítulo 4

Sistema digestivo

- Almacena glucosa en forma de glucógeno para momentos de estrés o ayuno prolongado. Además, transforma ciertos aminoácidos, ácidos grasos y azúcares que no son glucosa en glucosa, a través de un proceso conocido como gluconeogénesis. - Sintetiza algunos factores de la coagulación (6). - Es el responsable de la inactivación de sustancias tóxicas por medio de sus sistemas enzimáticos, como por ejemplo el alcohol, medicamentos, etc. Por lo tanto, detoxifica el organismo - Sintetiza sales biliares, a partir de colesterol, necesarias para la emulsión de las grasas. - Almacena hierro. - Puede almacenar grandes volúmenes de sangre, ya que es un órgano voluminoso y expansible. - Sus células de Küpffer fagocitan a los glóbulos rojos viejos liberando hemoglobina. Este pigmento rojo es degradado a biliverdina y posteriormente a bilirrubina. Además fagocitan a leucocitos viejos y a ciertas bacterias que llegan por la sangre venosa del intestino. - Sintetiza colesterol y fosfolípidos. - Forma urea para eliminar el amoniaco de los líquidos corporales. - Sintetiza proteínas plasmáticas, como la albumina y el fibrinógeno - Almacena vitaminas, como las vitaminas A, B, D, E y K.

Vena porta

Vena hepática

Ligamento Lóbulo izquierdo del hígado

Estómago

Conducto biliar Páncreas Arteria hepática Vena porta Duodeno

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Lóbulo Vesícula derecho biliar del hígado Conducto Colédoco hepático común

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capítulo

b. La vesícula biliar Es un saco con forma de pera y habitualmente cuelga del borde inferior del hígado. El cual almacena la bilis. - Características de la bilis: se forma en todo el hígado y es recolectada por un sistema de canalículos que van confluyendo hasta formar conductos de mayor calibre. Finalmente, de cada lóbulo hepático emerge un solo conducto: el hepático derecho y el hepático izquierdo. Después de un corto trayecto, ambos se unen para formar el conducto hepático común. Conducto hepático izquierdo Conducto hepático derecho

Vesícula biliar Membrana mucosa Músculo Tejido fibroso Conducto colédoco

Conducto cístico

Esfínter pilórico del estómago

El contenido de la vesícula biliar es vaciado a través del conducto cístico, el cual, al unirse con el conducto hepático común, pasa a formar el colédoco. El colédoco desemboca en el duodeno, en la papila duodenal a nivel del esfínter de Oddi. Cuando el alimento semidigerido llega al duodeno, se vierte una cierta cantidad de bilis. En los períodos interdigestivos (entre una comida y otra), la bilis efectúa el trayecto solo hasta el conducto cístico por el cual llega a la vesícula, donde es concentrada y almacenada.

Conducto colédoco

El flujo biliar fluctúa entre 500 y 1.000 mL al día y su pH es de 7,6 a 8,6.

Esfínter de Oddi

Duodeno

Ampolla de Vater

Conducto pancreático

- Composición de la bilis: Está compuesta de sales biliares, colesterol, el fosfolípido lecitina, agua, iones, pigmentos biliares (bilirrubina y biliverdina). Este tiene un color amarillento verdoso dado por los pigmentos biliares que contiene, por lo que, cuando hay un obstáculo en el flujo y se acumulan en los tejidos, les da una tonalidad amarilla. Este fenómeno se denomina ictericia. En el intestino los pigmentos biliares sufren transformaciones químicas por la flora bacteriana y son convertidos en los pigmentos pardos que dan el color a las heces.

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La ausencia de pigmentos en el contenido intestinal imparte a las heces una coloración blanquecina.

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La bilis no contiene enzimas digestivas, es alcalina y ayuda a la digestión neutralizando el quimo ácido proveniente del estómago. Las sales de la bilis actúan como detergente y emulsifican las grasas en el intestino, que corresponde a separar grandes gotas de grasa en gotas más pequeñas, lo que favorece la acción de la enzima lipasa pancreática. Además, las sales biliares se combinan con los lípidos y facilitan su absorción a través de la mucosa del intestino. Cuando se obstruye el conducto biliar, y las sales biliares están ausentes del intestino,

Capítulo 4

Sistema digestivo

se dificulta la digestión y absorción de las grasas, por lo que gran parte de la grasa ingerida es excretada en las heces. Las sales biliares son cuidadosamente conservadas por el cuerpo: son reabsorbidas en la parte inferior del intestino delgado y transportadas de nuevo al hígado por el torrente sanguíneo para ser reutilizadas. Otro constituyente de la bilis, el colesterol, es muy poco soluble en agua. Por este motivo, la reabsorción de agua de la bilis en la vesícula puede concentrar el colesterol hasta el punto en que se precipita junto a las sales biliares, originando duras bolitas llamadas cálculos biliares. Éstos pueden obstruir el conducto biliar y detener la circulación de la bilis.

vesícula biliar

cálculos en la vesícula biliar

conducto biliar común

Fuente: http://t1.gstatic.com

- Mecanismo de secreción biliar: Cuando los alimentos ingresan al duodeno, especialmente los de contenido graso, estimulan la liberación de colecistoquinina o colecistocinina (CCK), la cual produce la contracción de las paredes de la vesícula biliar que vierten el contenido biliar a través del conducto cístico al colédoco. Entre las comidas, después que ha ocurrido gran parte de la absorción, la bilis fluye hacia la vesícula biliar para su almacenamiento, debido a que el esfínter de Oddi cierra la entrada al duodeno.

7.3.2 Páncreas El páncreas se ubica en el abdomen superior por detrás del estómago entre el bazo y el duodeno. Tiene una forma aplanada y se dispone en dirección horizontal. Las secreciones pancreáticas pasan desde las células secretoras hacia el intestino delgado a través de dos conductos: el conducto de Wirsung o conducto pancreático principal y el conducto pancreático accesorio o de Santorini. El conducto de Wirsung se une al colédoco, con el cual entra al duodeno en la ampolla de Vater. El páncreas está compuesto por dos tipos de tejidos: los islotes de Langerhans que secretan las hormonas insulina, glucagón y somatostatina (de la que no nos ocuparemos por el momento), los acinos, los cuales producen el jugo pancreático. De esta manera, el páncreas se considera una glándula mixta (endocrina y exocrina).

a. Jugo pancreático Se produce en un volumen aproximado de 1.200 a 1.500 mL en 24 horas, el cual tiene 2 funciones principales: - Secreción de enzimas digestivas. - Secreción de bicarbonato para neutralizar el quimo ácido.

Tripsina, Quimotripsina, Carboxipeptidasa

Enzimas lipolíticas

Lipasa pancreática

Enzimas amilolíticas

Amilasa pancreática

Enzimas Nucleasas

ADN asa, ARN asa

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Entre las enzimas del jugo pancreático se incluyen Enzimas proteolíticas

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• Composición: Agua, algunas sales, bicarbonato (HCO3-) y enzimas digestivas. El bicarbonato le confiere un pH levemente alcalino, que amortigua la acidez del quimo, detiene la acción de la pepsina y crea un ambiente apropiado para el efecto de las enzimas digestivas en el intestino delgado.

179

capítulo

b. Mecanismo de secreción pancreática

Sabías que... Las enzimas que degradan a las proteínas (proteolíticas) se secretan en forma inactiva como forma de protección, activándose en el duodeno.

La llegada de alimentos ricos en ácidos grasos y aminoácidos estimula en la pared intestinal la liberación de la hormona colecistocinina, la cual estimula la producción de jugo pancreático rico en enzimas.

En cambio, la llegada de quimo ácido estimula la secreción de secretina, la cual estimula la secreción de jugo pancreático rico en bicarbonato, así como el vaciamiento de la vesícula biliar y la relajación del esfínter de Oddi.

7.4 Digestión química (formación del quilo) Cuando el quimo ácido, con alimentos parcialmente digeridos llega al duodeno, es mezclado con la secreción pancreática, con el jugo intestinal y con la bilis. De esta forma se completa la digestión de estas sustancias, dando origen al quilo.

a. Digestión química de las proteínas Las proteínas se encuentran tanto en las células animales como en las vegetales. El requerimiento promedio es un 1g/Kg de peso corporal. Su digestión se inicia en el estómago, bajo la acción de la pepsina. Las proteínas se fragmentan en trozos de cadenas aminoacídicas más o menos grandes, llamadas polipéptidos. Posteriormente, las proteínas no digeridas y los polipéptidos resultantes de la acción de la pepsina pasan al intestino delgado. Es aquí donde se realiza verdaderamente la digestión proteica. Como sabemos, existen 2 glándulas que vierten su secreción hacia el duodeno: el hígado y el páncreas. El jugo pancreático es el más importante en la digestión proteica, ya que contiene varias clases de proteasas (enzimas): tripsina, quimiotripsina, elastasa, etc.

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Estas enzimas actúan sobre los polipéptidos, reduciéndolos a fragmentos muy pequeños (di o tripéptidos). Finalmente, las enzimas de las microvellosidades o peptidasas rompen estos dipéptidos y los aminoácidos resultantes se absorben a nivel de las microvellosidades.

180

b. Digestión química de los lípidos La ingesta de grasa normal es de aproximadamente 60-100 g en forma de grasas neutras y triglicéridos. El 90% de las grasas neutras son de cadena larga (con más de 14 carbonos en su molécula).

Capítulo 4

Sistema digestivo

En la dieta existen dos tipos de grasas: • Saturadas: Se caracterizan por no presentar dobles enlaces entre sus carbonos moleculares. Este tipo de grasas es altamente perjudicial para el organismo, pues favorece la síntesis de colesterol e incrementan grasas de depósito. Con esto hay una mayor predisposición para la aterosclerosis. Se encuentran en grasas animales como vísceras, carnes con infiltración grasa, huevo y mantequilla. • Insaturadas: Corresponden a aquellas grasas que poseen uno o más dobles enlaces en su molécula. Esto las hace más digeribles al presentar más sitios de ataque enzimático. Por esta razón, este tipo de grasas no favorece los depósitos ni el aumento del colesterol. Asimismo, el consumo de este tipo de grasas predispone mucho menos a la aterosclerosis. Se encuentran principalmente en los alimentos vegetales como el aceite de oliva, de maíz, de pepa de uva, margarinas y en las carnes de pescado. La digestión de las grasas comienza cuando el quimo ácido contacta con la bilis. A nivel estomacal, las grandes vacuolas de grasa son transformadas en gotitas más pequeñas, gracias a la acción de las contracciones musculares de dicho órgano. A nivel del duodeno, entonces, la bilis estabiliza la suspensión de gotitas de grasa y las transforma en una emulsión estable (gotitas más pequeñas). Sobre dicha suspensión va a actuar la lipasa pancreática, la cual degrada a los lípidos (triglicéridos) en ácidos grasos y monoglicéridos.

c. Digestión química de los hidratos de carbono El hombre ingiere diariamente en promedio 350 g de hidratos de carbono. El 60% viene en forma de almidón (cereales, tubérculos). El 30% se ingiere como sacarosa (azúcar de caña), disacárido compuesto por glucosa y fructosa. El 10% de los glúcidos de la dieta viene como lactosa, disacárido de la leche compuesto por glucosa y galactosa. La glucosa libre se ingiere en un porcentaje muy bajo: 3%. La digestión del almidón comienza en la boca, con la amilasa salival (ptialina salival), cuyo efecto, en realidad, carece de importancia. Después, los glúcidos no sufren ningún cambio, hasta que se encuentran en el duodeno con el jugo pancreático. La amilasa pancreática realiza casi todo el trabajo de digestión de los carbohidratos; el producto final lo constituyen la maltosa (disacárido), la maltotriosa y las dextrinas. Los carbohidratos que se ingieren como disacáridos (sacarosa y maltosa) antes de ser absorbidos son transformados en monosacáridos por enzimas que se encuentran en la membrana de las células intestinales (disacaridasas). La maltasa desdobla la maltosa a dos moléculas de glucosa. La sacarasa desdobla la sacarosa a glucosa y fructosa, y la lactasa desdobla la lactosa a glucosa y galactosa. Por lo tanto, los productos finales de la digestión de los carbohidratos son 3 monosacáridos: glucosa, galactosa y fructosa.

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181

capítulo

Cuadro resumen de las principales enzimas digestivas Origen

Enzima

Sustrato

Productos

Glándulas Salivales

Amilasa Salival

Almidón

Maltosa y Maltotriosa

Glándulas Linguales

Lipasa Lingual

Triglicéridos

Ac. Grasos

Estómago

Pepsina (pepsinógeno)

Proteínas y polipéptidos

Péptidos

Páncreas

Tripsina (tripsinógeno)

Quimotripsinógeno

Quimotripsina

Quimotripsinas (quimitripsinógeno)

Procarboxipeptidasa

Carboxipeptidasa

Carboxipeptidasa (procarboxipeptidas)

Proteínas y Polipéptidos

Péptidos

Proteínas y Polipéptidos

Péptidos

Lipasa Pancreática

Triglicéridos

Ác. Grasos y Monoglicéridos

Amilasa Pancreática

Almidón

Maltosa y Maltotriosa

Ribonucleasa

ARN

Nucleótidos

Desoxirribonucleasa

ADN

Nucleótidos

Fosfolipasa

Fosfolípidos

Ác. Grasos y fosfolípidos

Enterocinasa

Tripsinógeno

Tripsina

Aminopeptidasa

Polipéptidos y péptidos

Péptidos

Dipeptidasa

Dipéptidos

Aminoácidos

Lactasa

Lactosa

Galactosa y Glucosa

Sacarasa

Sacarosa

Fructosa y Glucosa

Maltasa

Maltosa

Glucosas

Nucleasas

ADN - ARN

Pentosas, bases nitrogenadas grupos fosfatos

Peptidasas Tetrapéptidos

Di, Tri y Polipéptidos

Aminoácidos

Mucosa Intestinal

Citoplasma células de la Mucosa

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7.5 Digestión mecánica

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En el intestino delgado se presentan dos tipos de movimientos: a. Peristaltismo Estos movimientos mueven el quilo a lo largo del intestino mediante una onda de contracción anular viajera que recorre desde proximal a distal a todo el intestino delgado. Se inicia cuando el quilo distiende la pared del intestino relajando la musculatura lisa. Esto provoca una respuesta refleja llamada reflejo mioentérico.

Capítulo 4

Sistema digestivo

b. Segmentación Corresponden a contracciones que se producen en diversos segmentos intestinales simultáneamente. Con estos movimientos el quilo es obligado a tomar contacto con los jugos intestinales y con la mucosa, favoreciendo la digestión y absorción del alimento. Una segmentación se inicia con las contracciones de las fibras musculares circulares en una porción del intestino, acción que constriñe al sector en segmentos. Luego, se contraen las fibras musculares que rodean la porción central de cada segmento, generando una nueva división. Por último, se relajan las fibras que se contrajeron en primer lugar y cada segmento pequeño se une con el adyacente, de modo que se forman de nuevo los segmentos grandes. Al repetirse esta sucesión de fenómenos, el quimo se desplaza hacia delante y hacia atrás. Estas contracciones son similares a comprimir de manera alternada la porción central y luego los extremos de un tubo de pasta de dientes cerrado.

Quimo

Segmento de intestino Segmento de intestino contraído relajado

Comienza otra serie de contracciones

El quimo se mezcla

El quimo se mezcla completamente a medida que continúa la segmentación

7.6 Absorción Es el último paso que deben sufrir los alimentos al ser ingeridos. Consiste en el paso de moléculas simples a través de la pared intestinal, ya sea hacia la sangre o hacia la circulación linfática. a. Proteínas La mayoría de las proteínas se absorben bajo la forma de aminoácidos a través de las células intestinales mediante un mecanismo activo dependiente de Na+. Esto ocurre principalmente a nivel del duodeno y en la parte alta del yeyuno. Los aminoácidos salen de dichas células por difusión y pasan a los capilares de las vellosidades. Desde ahí son transportados al hígado, a través del sistema porta hepático.

b. Hidratos de carbono (glúcidos)

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Todos los hidratos de carbono se absorben bajo la forma de azúcares simples (monosacáridos), utilizando los mecanismos de difusión facilitada o transporte activo. La absorción de glucosa y galactosa se efectúa por transporte activo secundario acoplado al transporte de Na+. La fructosa, en cambio, se transporta por difusión facilitada. Luego los monosacáridos salen de las células epiteliales mediante difusión facilitada y entran en los capilares de las vellosidades, siguiendo el mismo camino que los aminoácidos.

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183

capítulo

c. Grasas En la absorción de las grasas son importantes las sales biliares. Ellas van a formar conglomerados, llamados micelas, en cuyo interior se transportan los lípidos (ácidos grasos de cadena larga y monoglicéridos), hasta ponerlos en contacto con las microvellosidades para su absorción. La absorción se produce a nivel de duodeno y yeyuno. En el interior de las células de absorción, los ácidos grasos se unen al colesterol y proteínas, para formar los quilomicrones que corresponden a una monocapa de fosfolípidos en cuyo interior se encuentran los productos de la digesión de los lípidos. Ellos son absorbidos, posteriormente, hacia la circulación linfática para incorporarse a la sangre a nivel de la vena subclavia izquierda. La reducida proporción de ácidos grasos de cadena corta (con menos de 10 átomos de carbono) de los alimentos pasan a las células epiteliales por difusión simple, siguiendo el mismo trayecto que siguen los monosacáridos y aminoácidos hacia los capilares de las vellosidades.

d. Agua El adulto ingiere más o menos 2.000 mL. de H2O diarios. Además existe secreción endógena por diferentes órganos. Órganos

Tipo de secreción

Secreción diaria

Glándulas salivales

Saliva

1.500 mL

Estómago

Jugo Gástrico

2.000 – 2.500 mL

Hígado

Bilis

500 mL

Páncreas

Jugo Pancreático

1.500 mL

Intestino

Jugo Intestinal

1.000 mL

En total, ingresan 9 lts de H2O al intestino. Como por las heces solo se eliminan 200 mL, los 8.8 L restantes deben ser reabsorbidos. En el duodeno y yeyuno se absorben 5.5 L, en cambio, en el íleon, se absorben 2 L.

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e. Electrolitos

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Existen diferencias anatómicas entre el intestino delgado proximal y el distal (íleon), que explican el transporte de diversas sustancias. El radio eficaz del poro del yeyuno es relativamente mayor que el del Na+ y agua, con lo que pueden penetrar libremente a través de los canales acuosos de la membrana. La glucosa, al ser transportada activamente a través de la mucosa, crea un gradiente osmótico, con lo que existe un flujo de agua en este sentido, arrastrando secundariamente al Na+. En el íleon y colon el tamaño del poro es mucho menor. Como consecuencia, el Na+ penetra en la célula en virtud de un mecanismo de transporte activo. En el intestino delgado proximal el potasio es absorbido probablemente por un proceso pasivo, mientras que es secretado en el íleon terminal y colon en virtud de un gradiente electroquímico. • Absorción del calcio: Del 30% al 80% del calcio ingerido es absorbido. El transporte activo de Ca2+ ocurre principalmente en la parte superior del intestino delgado. El regulador primario de este proceso es el 1,25 – dihidroxicolecalciferol, el metabolito activo de la vitamina D producida en el riñón. • Absorción del hierro: El hierro debe estar en estado ferroso (Fe2+) para ser absorbido, pero la mayor parte del hierro ingerido está en estado férrico (Fe3+). Las secreciones gástricas que disuelven el hierro proveen

Capítulo 4

Sistema digestivo

un medio favorable para su reducción a la forma ferrosa. La mayor parte de la absorción ocurre en la parte superior del intestino delgado. Así, la cantidad de hierro absorbida varía normalmente entre 3% y 6% de la cantidad ingerida.

Mecanismos de absorción de nutrientes en el intestino delgado

Células epiteliales de la vellosidad

Interior del intestino delgado

Vasos de la vellosidad intestinal

Microvellosidades Glucosa y galactosa

Monosacáridos Transporte activo secundario con Na+

Difusión facilitada

Fructosa Difusión facilitada

Aminoácidos

Aminoácidos Transporte activo o transporte secundario con Na+

Difusión facilitada

Dipéptidos Difusión facilitada Tripéptidos

Ácidos grasos de cadena corta

Transporte activo o secundario con H+

Difusión simple Difusión simple

Ácidos grasos de cadena larga Micela

Glicerol

Difusión simple

Quilomicrones Difusión simple

Sangre

Linfa

En cambio, las vitaminas liposolubles (A, D, E, K) se absorben en conjunto con las grasas.

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La absorción de vitaminas hidrosolubles, entre ellas casi todas del complejo B y la vitamina C, es rápida y ocurre por difusión simple. Sin embargo, la vitamina B12 es absorbida en el íleon gracias al factor intrínseco, mediante transporte activo.

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f. Absorción de vitaminas

185

capítulo

8. Intestino grueso

Músculos circulares Músculos contraídos longitudinales contraídos

Músculos circulares contraídos

Músculos longitudinales contraídos

Músculos circulares contraídos

Es un tubo muscular ubicado a continuación del íleon. Presenta un lumen mayor que el intestino delgado y su diámetro no es constante, pues presenta unos abollonamientos llamados haustros. Está constituido por las siguientes partes: ciego, colon, recto y conducto anal. El ciego es la porción inicial del colon, tiene la forma de un saco y de él pende una prolongación delgada como un dedo de guante llamada apéndice vermiforme, que constituye un órgano vestigial, que corresponde a un vestigio evolutivo que muestra que en los primeros homínidos el tubo digestivo era más largo, propio de los animales herbívoros. Es más largo para poder digerir con mayor superficie a los vegetales. El extremo abierto del ciego se continúa con un largo conducto denominado colon, que se divide en porciones ascendentes (colon ascendente), transversa (colon transverso), descendente (colon descendente) y sigmoide (colon sigmoideo). Este último desemboca en el recto, que es la porción terminal del tubo digestivo. El recto conforma los últimos 20 cm del tubo digestivo. La apertura de este conducto al exterior, el ano, presenta un esfínter interno de músculo liso involuntario y otro externo de músculo esquelético voluntario.

8.1 Histología • La capa mucosa, a este nivel, es aplanada, con una superficie de absorción pequeña. El epitelio contiene principalmente células de absorción y caliciformes. Estas últimas se encargan de secretar moco que lubrica el paso del contenido del colon.

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• La capa muscular está formada por dos capas musculares, una circular interna y una longitudinal externa, que a diferencia del resto del tubo digestivo, se concentra en bandas o cintas musculares llamadas tenias. La contracción de las tenias hace que el colon se convierta en una sucesión de bolsas, conocidas como haustros.

186

• La capa externa está formada por la serosa peritoneal.

8.2 Digestión mecánica La válvula ileocecal, que comunica el intestino delgado con el ciego (porción inicial del intestino grueso), se encuentra normalmente cerrada. Cada vez que una onda peristáltica llega hasta ella, se abre levemente permitiendo que escurra hacia el ciego algo del contenido ileal. Los movimientos del colon incluyen las contracciones de segmentación y las ondas peristálticas, como las que se presentan en el intestino delgado. Las contracciones de segmentación mezclan el contenido del colon y exponen más el contenido a la mucosa, facilitando la absorción.

Capítulo 4

Sistema digestivo

Las ondas peristálticas empujan el contenido hacia el recto, aunque algunas veces se observa una débil antiperistaltis. Un tercer tipo de contracción, que ocurre solo en el colon, es la contracción por acción masiva. Estas contracciones comienzan en la porción media del colon transverso, desplazando el contenido del colon hacia el recto. Estos movimientos sirven para vaciar el colon rápidamente, constituyendo la fuerza predominante de contracción durante la defecación.

8.3 Digestión química La etapa final de la digestión ocurre en el colon por la acción de diversas bacterias presentes en su interior. Estas bacterias, que en conjunto se denominan flora bacteriana, fermentan los hidratos de carbono residuales y liberan hidrógeno, dióxido de carbono y metano. Por otro lado, las bacterias convierten las proteínas residuales en aminoácidos, los cuales se degradan en sustancias más sencillas: indol, escatol, sulfuro de hidrógeno y ácidos grasos. Una parte de los dos primeros se elimina con las heces y contribuye al olor característico de estas, mientras que el resto absorbe y transporta al hígado. Además las bacterias descomponen la bilirrubina en pigmentos más sencillos, que les confieren el color característico a las heces. Por último, las bacterias son capaces de sintetizar las vitaminas del complejo B y la vitamina K.

8.4 Absorción en el colon La absorción principal del colon es la absorción de agua, electrolitos (Na+, K+) y algunas vitaminas, con la consiguiente deserción de su contenido. Esto lleva a la formación de 150 gr de heces sólidas diariamente, las cuales químicamente están formadas de agua, sales inorgánicas, bacterias, productos de la descomposición bacteriana, materiales digeridos y no absorbidos, partes no digeribles de los alimentos (por ejemplo, celulosa), entre otros.

8.5 Reflejo de defecación El peristaltismo masivo (contracción por acción masiva) empuja las heces del colon sigmoideo al recto. La distensión de la pared rectal estimula receptores de estiramiento, dando inicio a un reflejo conocido como reflejo de defecación, con el cual se vacía el contenido del recto al ano.

9. Rol de la insulina en la regulación de la glicemia 9.1 Origen y estructura

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El páncreas es una glándula de secreción mixta, compuesta por dos tipos principales de tejidos: 1) los acinos, que secretan jugos digestivos y 2) los islotes de Langerhans que secretan insulina, glucagón y somatostatina directamente a la sangre. Este órgano en el ser humano tiene de uno a dos millones de islotes de Langerhans, compuestos por tres tipos principales de células, α, β y γ. Las células β constituyen el 60% y son las que producen y secretan Insulina. La Insulina es un polipéptido constituido por dos cadenas: A y B, la primera formada por 21 aminoácidos, y en tanto que la segunda por 30. Estas se encuentran conectadas por tres puentes disulfuros de ubicación invariable. Entre las especies existen diferencias menores en la composición de aminoácidos de la molécula, la insulina porcina difiere en un solo aminoácido, en tanto la bovina en tres; estas fueron usadas en la terapéutica de la Diabetes Mellitus durante mucho tiempo.

187

capítulo

9.2 Biosíntesis, secreción y regulación El gen que codifica la Insulina se encuentra en el brazo corto del cromosoma 11. Esta se sintetiza en el retículo endoplasmático de las células β como preprohormona. La preproinsulina contiene un péptido señal constituido por 23 aminoácidos, el cual es retirado al ingresar al retículo endoplasmático; enseguida la molécula se pliega y se producen los enlaces bisulfuro para formar la proinsulina; esta es transportada al aparato de Golgi donde tiene lugar la proteólisis y el empaquetamiento en gránulos secretores. El péptido conector (péptido C) es el que une las cadenas, facilita el plegamiento y es retirado una vez dentro del gránulo. El estimulador aislado más importante de la secreción de insulina es la glucosa.

9.3 Regulación de la insulina La regulación de la secreción de la insulina está controlada principalmente por una relación de retroalimentación con el aporte de nutrientes. Cuando el aporte de los mismos es abundante se segrega Insulina en respuesta a su llegada; y esto tiene como fin la utilización de los mismos, conservando los endógenos. La molécula reguladora fundamental es la glucosa, (glicemia normal: 80-100 mg/dL), con concentraciones plasmáticas de 50 mg/dL no se segrega nada de Insulina, mientras que con una concentración de 250 mg/dL la degranulación es máxima. La secreción de Insulina es pulsátil y bifásica. Ante una breve exposición de las células β a la glucosa se produce una liberación rápida pero pasajera, sin embargo si la exposición es continua se produce una liberación de los gránulos prefabricados y posteriormente una síntesis “de novo”.

Páncreas

Islote de Langerhans

Célula beta Fibra muscular Vaso sanguíneo

Insulina

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Glucosa

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Fuente: http://2.bp.blogspot.com

Otros reguladores menos importantes son los aminoácidos, parte de los cuales actúan sinérgicamente con la glucosa; los lípidos, que apenas contribuyen, y algunas hormonas. Después de una comida rica en carbohidratos, se provoca una rápida secreción de insulina, que causa captación, utilización y almacenamiento de glucosa por casi todos los tejidos del cuerpo, en especial el hígado, y el músculo.

Capítulo 4

Sistema digestivo

9.4 Efecto de la insulina en el músculo El músculo en condiciones de reposo no depende de glucosa para obtener energía, sino de los ácidos grasos. Los efectos de la Insulina sobre el músculo son la captación de glucosa en altas concentraciones y su almacenamiento como glucógeno.

9.5 Efectos de la insulina en el hígado Uno de los principales efectos a nivel hepático de la insulina es promover la captación de glucosa y el almacenamiento en forma de glucógeno. Esto comprende varias etapas simultáneas: • • • •

La insulina inactiva a la fosforilasa hepática, principal enzima que degrada glucógeno a glucosa. Facilita la entrada de glucosa a los hepatocitos por aumento de la actividad de la glucokinasa. Promueve la síntesis de glucógeno por inducción de la glucógeno sintetasa Inhibición de la glucosa-6 -fosfatasa.

Una vez que ha concluido la comida y el nivel de glucosa comienza a descender se producen varios acontecimientos. La disminución de insulina, junto con el aumento de glucagón producen que el hígado capte la glucosa cuando se encuentra en grandes cantidades en la sangre por efecto de la Insulina y la devuelve cuando las concentraciones son muy bajas, por efecto del glucagón. Habitualmente el 60% de la glucosa se almacena en este órgano como glucógeno, constituyendo el mismo el principal reservorio de este carbohidrato en el organismo (100 g aproximadamente).

Podemos generalizar que: • La insulina es una hormona hipoglicemiante. • Promueve la captación de la glucosa en todas las células del organismo, excepto: las células del encéfalo que son normalmente permeables a la glucosa y son capaces de utilizarla en ausencia de la insulina. • Induce el almacenamiento de glucosa en forma de glucógeno en las fibras musculares y en el hepatocito. • Facilita la difusión de glucosa al citosol de los adipocitos y miocitos.

9.6 Otros efectos de la insulina Mas allá de que la principal función de la insulina es regular la glicemia, es pertinente mencionar otros efectos:

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Estimula el almacenamiento de las grasas. (acción lipogénica), facilitando su transferencia a los adipocitos. Inhibe la lipólisis de los triglicéridos almacenados al actuar sobre la lipasa hormona sensible. Potente acción anti-cetogénica al disminuir la β - oxidación de ácidos grasos Promueve el anabolismo proteico, inhibiendo el catabolismo. Regulación plasmática de cationes y aniones (K+, fosfato, Mg2+) Promueve el crecimiento, por su efecto anabólico a nivel proteico y actuando en forma sinérgica con la hormona de crecimiento (GH).

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• • • • • •

189

capítulo

10. Rol del glucagón en la regulación de la glicemia El glucagón, hormona secretada por las células de los islotes de Langerhans, es un péptido de cadena única. El gen de este péptido dirige la síntesis de una preprohormona la cual es procesado a una prohormona, que se convierte posteriormente en glucagón.

10.1 Síntesis, secreción y regulación El glucagón sintetizado en su mayor parte por la células a de los islotes pancreáticos, es un polipéptido de cadena sencilla, formado por 29 aminoácidos. Se sintetiza como un precursor pro-glucagón mucho más grande. En contraposición a la insulina, la síntesis y secreción del glucagón es estimulada por las bajas concentraciones de glucosa e inhibida cuando esta se encuentra elevada. La insulina, a diferencia de la hipoglicemia, actúa a nivel paracrino como un potente inhibidor de la liberación de esta hormona. El glucagón circula en el plasma en forma libre, puesto que no se une a proteínas por esto su vida media es muy corta, 5 minutos. Por ultimo, los ácidos grasos libres, son supresores de la segregación del glucagón, mientras que un descenso brusco de sus valores plasmáticos la estimulan.

10.2 Efectos del glucagón sobre el metabolismo de los hidratos de carbono En casi todos sus aspectos, las acciones del glucagón son opuestas a la de la insulina. • Favorece la movilización de la glucosa más que su almacenamiento, siendo su acción hiperglicemiante. • Ejerce un efecto glucogenolítico inmediato e intenso a través de la activación de la glucógeno-fosforilasa hepática. • Impide la síntesis “de novo” de glucógeno a partir de moléculas fosforiladas de glucosa, al inhibir la glucógeno-sintetasa. • Estimula la gluconeogéneis al aumentar la tasa de captación de aminoácidos por los hepatocitos.

10.3 Otros efectos del glucagón La mayoría de los restantes efectos del Glucagón, aparecen solo cuando su concentración se eleva muy por encima del máximo que normalmente se encuentra en la sangre, entre los más importantes se ubican:

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• • • • •

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Activación de la lipasa del adipocito, de este modo se eleva la cantidad de ácidos grasos en sangre Inhibe el almacenamiento de triglicéridos en el hígado Aumenta la fuerza de contracción del corazón Favorece la secreción biliar Inhibe la secreción gástrica

11. Enfermedades del aparato digestivo a. Úlcera gástrica El estómago posee capas gruesas debido a la existencia del ácido clorhídrico que rodea su interior, debido a tensiones o preocupaciones psicológicas, el jugo gástrico aumenta su acidez y rompe y perfora el estómago. Es necesario señalar que esta lesión puede ocurrir en otras porciones del tubo, como en el duodeno (úlcera duodenal).

Capítulo 4

Sistema digestivo

b. Reflujo El estómago presenta un esfínter inicial, el cardias, el cual está cerrado normalmente. En algunas circunstancias queda semiabierto y el contenido gástrico se devuelve hacia el esófago y la cavidad bucal, el jugo gástrico ácido puede provocar irritaciones en dichas porciones.

c. Cálculos biliares Dependen principalmente de un producto graso de desecho, el colesterol, normalmente excretado en la bilis. Este se concentra en la vesícula biliar formando cristales que precipitan, los cuales pueden obstruir la salida de la vesícula o los conductos de excreción.

d. Apendicitis Se desconoce la causa principal de esta inflamación, pero constituye una infección bacteriana del apéndice vermiforme, una estructura ubicada al inicio del colon ascendente en forma de dedo de no más de 3 cms de largo. Su tratamiento es la extirpación de dicha estructura, ya que puede llegar a romperse vertiendo las bacterias en la cavidad peritoneal, cuadro clínico denominado peritonitis, que puede derivar en una septicemia conducente a la muerte.

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191

capítulo

Actividades 1. Enumera 5 funciones del hígado. 2. Con los conocimientos adquiridos en tu curso de biología y en el texto del alumno, explica las siguientes alteraciones que se producen en el cirrótico que tiene un daño hepático severo por el alcohol. a. Edema. b. Tendencia a los hematomas y sangramientos. c. En los hombres disminución del vello corporal y feminización de algunos caracteres. d. Diarrea e intolerancia a comidas grasas. 3. Verdadero o Falso. a. b. c. d. e. f. g.

_____ _____ _____ _____ _____ _____ _____

La bilis provoca degradación enzimática de las grasas al formar micelas. El quimo ácido es transformado en Quilo por cambio de pH y digestión de los nutrientes a nivel intestinal. La parótida es una glándula exocrina que secreta saliva mucosa. La CCK estimula la síntesis de bilis. La secretina estimula la secreción de jugo intestinal. El páncreas secreta enzimas inactivas. La motilidad del intestino grueso es peristáltica, de segmentación y de contracción masiva.

4. Completa el siguiente cuadro.

Variables

Tipo de secreción

Enzimas

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Composición

192

Boca

Estómago

Páncreas

Intestino

Bilis

Capítulo 4

Sistema digestivo

Actividades A partir del siguiente gráfico explica el comportamiento del nivel de glucosa luego de una comida que contiene carbohidratos.

120 100 80 120

Glucosa

U/mL

mg/dL

Comida con carbohidratos

Insulina

pg/mL

0 120 110

Glucagón

100 90 60

-60

120

180

240

Tiempo (min)

A partir del siguiente gráfico explica el comportamiento del nivel de glucosa, insulina y glucagón en dos clases de personas, uno diabético tipo

pg/mL

μU/mL

mg/dL

I (∆) y otro que presenta intolerancia a la glucosa (ο) luego de una comida que contiene carbohidratos.

Comida con carbohidratos 400 300 200 100 0 150

Diabetes mellitus tipo II

Intolerancia a la Glucosa Glucosa

100 Insulina

50 0 150 125

Glucagón

100 -60

120 Tiempo (min)

180

240

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193

capítulo

Conceptos fundamentales

1. Alimentación: Es el acto de proporcionar al cuerpo alimentos e ingerirlos, es un proceso consciente y voluntario. 2. Nutrición: Es el conjunto de procesos fisiológicos por los cuales el organismo recibe, transforma y utiliza las sustancias químicas contenidas en los alimentos. 3. Absorción: Es el paso de los alimentos ya degradados al torrente circulatorio y linfa. 4. Digestión mecánica: Ddesdoblamiento por medios físicos de los alimentos a moléculas más pequeñas. 5. Digestión química: Desdoblamiento por medios químicos de los alimentos a moléculas más pequeñas que pueden absorber y utilizar las células corporales. 6. Egestión: Es la eliminación de los residuos no digeribles. 7. Bolo alimenticio: Masa redondeada y suave, por lo regular de alimento, que se deglute. 8. Quilo: Líquido lechoso que se encuentra en el intestino delgado después de la digestión. 9. Quimo: Mezcla semilíquida de comida parcialmente digerida y secreciones digestivas que se encuentran en el estómago y el intestino delgado durante la digestión de los alimentos.

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10. Flora bacteriana: Bacterias presentes en el interior del intestino grueso, fermentan los hidratos de carbono residuales y liberan hidrógeno, dióxido de carbono, metano, convierten las proteínas residuales en aminoácidos y son capaces de sintetizar vitaminas del complejo B y vitamina K.

194

Digestión

Órgano

amilasas pepsina lipasa etc.

Glándulas anexas

formado por...

Digestivo

Sistema

La secreción de diversas sustancias como enzimas, bicarbonato, mucus, desechos, etc.

contribuyen con...

• Glándulas salivales • Hígado • Páncreas

que corresponden a...

por ejemplo...

Rompimiento de enlaces químicos por acción de las enzimas

consisten en...

Química

cumple con la...

Tejido

Páncreas

Glandular

Intestino

Hígado

Estómago

Endocrino difuso

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Separación del alimento por disolución, desnaturalización, emulsión, masticación

Física

de tipo...

Célula

Enteroendocrinas

Parietales

Principales

Síntesis de contenidos

formado por...

Aparato digestivo

Organismo

Intestino grueso

Intestino delgado

Estómago

Esófago

Faringe

Cavidad bucal

Absorción de sustancias como agua, sodio, y algunas vitaminas del grupo B procedentes del metabolismo de las bacterias cólicas. Secreción de mucus cuya función es proteger la mucosa de los residuos ácidos que existen en las heces.

Órgano encargado de finalizar el proceso de digestión para continuar con la absorción. Se vierten las secreciones pancreáticas y hepáticas.

Órgano eminentemente muscular que transforma el bolo en quimo. Se inicia la digestión de las proteínas.

Conducto muscular que conduce el bolo hacia el estómago. No produce enzimas.

Conducto muscular que sirve como vía de paso para el alimento. También es vía para el aire.

Lugar de entrada para el alimento. Principales procesos: la masticación y la mezcla con la saliva (amilasa salival), iniciándose la digestión del almidón.

Capítulo 4

Sistema digestivo

195

capítulo

Ejercicios

Ejercicios resueltos 1. “Secreción digestiva que carece de enzimas y que, en cambio, posee sustancias destinadas a ser excretadas. Juega, además, un importante papel en la digestion de las grasas”. Esta descripción se refiere a

I) su naturaleza proteica. II) el sitio de acción catalítica. III) ser activas a un pH ácido.

A) quilo. B) pigmentos biliares. C) sales Biliares. D) colesterol. E) bilis. Correcta: E. Habilidad: Reconocimiento. Defensa: La bilis es la secreción digestiva que, a pesar de carecer de enzimas, cumple un rol importante en la digestión de las grasas, gracias a sus ácidos y sales biliares.

Si extirpamos la vesícula biliar de un animal de laboratorio, observaremos que se dificulta en gran medida la I) digestión de las grasas. II) absorción de vitaminas liposolubles. III) absorción de ácidos grasos. A) B) C) D) E)

Solo l Solo lI Solo lll Solo I y II l, ll, lll

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Correcta: E. Habilidad: Aplicación. Defensa: En estas condiciones menos concentrada, dificulta todas las funciones planteadas.

196

La tripsina y la aminopeptidasa son enzimas que actúan en el intestino delgado, ambas tienen en común

A) B) C) D) E)

Solo l Solo ll Solo III Solo l y ll Solo ll y lll

Correcta: A. Habilidad: Recomprensión. Defensa: Ambas son enzimas, o sea, de naturaleza proteica y actúan en el duodeno a un pH ligeramente básico (8-9). Además solo la tripsina resulta de la activación por enteroquinasa; la aminopeptidasa, en cambio, se produce activa.

Sobre las glándulas anexas al tubo digestivo es correcto afirmar que I)

la bilis facilita la absorción de las vitaminas hidrosolubles. II) el hígado secreta un jugo gástrico rico en enzimas. III) la vesicula biliar almacena la bilis producida en el hígado. A) B) C) D) E)

Solo I Solo II Solo III Solo I y III Solo II y III

Correcta: C. Habilidad: Reconocimiento. Defensa: La vesícula biliar tiene por función almacenar, concentrar y liberar la bilis cuando sea necesario.

Capítulo 4

Sistema digestivo

Ejercicios 5. Las sales biliares actúan sobre los lípidos I) emulsionándolos. II) favoreciendo la absorción intestinal de los lípidos. III) favoreciendo la acción de las enzimas sobre los lípidos. A) B) C) D) E)

Solo I Solo III Solo I y II Solo II y III I, II y III

Correcta: E. Habilidad: Reconocimiento. Defensa: La bilis tiene por función emulsionar las grasas para que las enzimas de los jugos digestivos de intestino delgado puedan actuar sobre ellas y así favorecen la absorción de estos.

Ejercicios propuestos 1. La digestión mecánica y química de los lípidos que penetran al sistema digestivo se realiza por I) el jugo pancreático. II) el jugo biliar III) la linfa. A) B) C) D) E)

Solo l Solo ll Solo III Solo l y ll l, ll y lll

2. ¿Cuál(es) de los siguientes trastornos podría sufrir una persona a la cual se la ha debido extraer el estómago por sufrir un cáncer gástrico? I) Anemia perniciosa. II) Mala absorción de lípidos. III) Deshidratación. A) B) C) D) E)

Solo l Solo ll Solo lll Solo l y ll Solo ll y lll

3. A un animal experimental recién alimentado se le inhibe químicamente su funcionalidad linfática a nivel de las vellosidades intestinales. ¿Qué acontecimiento(s) se podría(n) observar al cabo de algunas horas? A) Pérdida notable de las defensas orgánicas. B) Gran eliminación de glucosa en heces fecales. C) Heces con un contenido elevado de materias grasas. D) Una disminución proporcional de la volemia. E) Alto contenido nutricional eliminado por las heces. 4. La mayor absorción de agua en el tracto digetivo se produce en el estómago. el intestino grueso. el intestino delgado. el recto. la boca.

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A) B) C) D) E)

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197

capítulo

Ejercicios

5. ¿Cuál de los siguientes carbohidratos NO necesita digestión previa para ser absorbido? A) B) C) D) E)

Maltosa Glucosa Sacarosa Lactosa Almidón

Reconocimiento Aplicación

Comprensión

Reconocimiento

Alternativa

Número

Habilidad

CPECH

Reconocimiento

B C

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Respuestas correctas

Capítulo 5

SISTEMA CIRCULATORIO

Aprendizajes Esperados

Explicar la constitución de la sangre y las funciones que realiza. Describir las principales características celulares de los glóbulos rojos, globulos blancos y plaquetas. Conocer y comprender la anatomía y fisiología del aparato cardiovascular. Explicar el funcionamiento eléctrico del corazón. Determinar las principales características de los vasos sanguíneos en el marco de la circulación. Conocer la anatomía y fisiología del sistema linfático.

Todos los organismos, ya sea unicelulares o multicelulares, necesitan un aporte continuo de sustancias (nutrientes, oxígeno, hormonas) o retirar sus desechos, función que cumple principalmente el Sistema Cardiovascular.

capítulo

Sistema circulatorio

Sistema cardiovascular

Venas yugulares: Llevan sangre desde la cabeza al corazón.

Vena cava superior: Recibe sangre desde la parte superior del cuerpo y la conduce al corazón.

Venas pulmonares: Llevan sangre rica en O2 desde los pulmones al corazón.

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Aorta ascendente: Conduce sangre rica en O2 desde el corazón.

Arteria pulmonar: Conduce sangre rica en CO2 desde el corazón al pulmón. Arterias coronarias: Conducen sangre a la pared del corazón.

Vena porta hepática: Conduce sangre rica en nutrientes desde el duodeno al hígado.

Arteria braquial: Lleva sangre a los miembros superiores.

Vena renal: Vena que saca sangre de los riñones y la lleva a la vena cava inferior.

Arteria renal: Rama de la aorta que entrega sangre a los riñones.

Vena cava inferior: Recibe sangre desde los órganos abdominales y de las extremidades inferiores.

Aorta abdominal: Lleva sangre a los órganos del abdomen.

Vena Ilíaca: Recibe sangre desde órganos pélvicos.

Arteria ilíaca: Lleva sangre a los órganos pélvicos.

Vena femoral: Recibe sangre desde extremidades inferiores.

200

Arteria carótida: Conduce sangre a la cabeza

Arteria femoral: Conduce sangre a las extremidades inferiores.

Los procesos metabólicos de toda célula necesitan el constante aporte de sustancias nutritivas y oxígeno. Al mismo tiempo se requiere la eliminación constante de productos metabólicos tales como CO2, urea, ácido úrico, etc., para evitar una intoxicación. En vegetales y animales inferiores que viven en contacto directo con el medio ambiente líquido, los procesos de intercambio se llevan a cabo por simple difusión. Sin embargo, en vegetales y animales superiores, que presentan un mayor grado de organización, los procesos de aprovisionamiento de sustancias nutricias, oxígeno y eliminación de desechos orgánicos, se llevan a cabo a través de un circuito interconectado de túbulos con distintas características y diámetro. Estos hacen llegar a cada célula del organismo las cantidades necesarias de nutrientes y oxígeno y sacan de este los materiales de desecho. El sistema encargado de esta función es el cardiovascular.

Capítulo 5

Sistema circulatorio

Para facilitar su estudio, este sistema se puede dividir en tres grandes partes: la sangre, el corazón y los vasos sanguíneos.

1. Sangre La sangre es un tejido formado por una porción líquida y otra celular, que consiste en diversos tipos de células y fragmentos celulares.

1.1 Plasma sanguíneo

El plasma es la porción líquida de la sangre. Corresponde aproximadamente al 55% del volumen sanguíneo total (volemia).

El plasma sanguíneo está formado por un 90% de H2O y numerosas sustancias inorgánicas y orgánicas disueltas:

Proteínas plasmáticas (7%)

Albúminas (54%). Globulinas (38%). Fibrinógeno (7%). Otras proteínas (1%).

Plasma sanguíneo

Agua (91,5%)

Otros solutos (1,5%)

• Sales minerales: Na+, K+ etc. • Nutrientes: Glucosa, aa, etc. • Gases disueltos: CO2, N2 etc. • Sustancias reguladoras: Enzimas, hormonas, etc. • Vitaminas. • Productos de desechos: Urea, amoníaco, etc.

1.1.1 Proteínas plasmáticas a. Albúmina Transporta hormonas lipídicas en la sangre y se encarga de regular la presión osmótica (presión de agua).

c. Fibrinógeno

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Existe un grupo de globulinas llamadas inmunoglobulinas o anticuerpos que actúan en el sistema inmunológico.

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b. Globulina

201

Corresponde a la proteína de la coagulación sanguínea.

capítulo

Sabías que... Si una cierta cantidad de sangre se deja reposar algunos minutos se ve que en el fondo de un tubo se forma un coágulo, y en la superficie se observa un líquido amarillento desprovisto de fibrinógeno, el denominado suero.

Actividades 1. ¿Por qué la sangre es considerada un tejido? 2. Completa las oraciones siguientes: - La fase líquida de la sangre se denomina ______________ y la sólida ______________, que se encuentran incorporados en la fase líquida. - El suero es la porción líquida de la sangre, que se caracteriza por la carencia de _______________. 3. ¿Cuál es la función general del sistema cardiovascular? 4. Nombra y caracteriza a las proteínas plasmáticas. 5. Averigua cómo es mantenida la sangre en los laboratorios para evitar su coagulación.

1.2 Elementos figurados

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Forman parte de la porción sólida de la sangre, y constituyen aproximadamente el 45% del volumen sanguíneo total. Existen tres tipos: glóbulos rojos, glóbulos blancos y plaquetas. Cada uno de ellos tiene una estructura diferente y cumple una función determinada. Todos los elementos figurados son fabricados en la médula ósea, que corresponde a un tejido que se encuentra al interior de los huesos largos del cuerpo.

202

glóbulos rojos médula ósea linfocito monocito glóbulos blancos eosinófilo

a. Glóbulos rojos, eritrocitos

hematíes

• Estructura: Su coloración es rojiza, por la presencia de un pigmento proteico denominado hemoglobina. Su forma es la de un disco bicóncavo

basófilo neutrófilo plaquetas

Capítulo 5

Sistema circulatorio

de un diámetro aproximado de 7 a 8 micrones. Los eritrocitos maduros carecen de núcleo, mitocondrias y el retículo endoplasmático se encuentra muy reducido. Son ricos en hemoglobina, la cual ocupa aproximadamente el 33% del peso de un eritrocito (280 millones de moléculas). molécula de hemoglobina

hemo

glóbulo rojo

Fuente: http://www.ferato.com

• Promedio de vida y número: Son los elementos figurados más abundantes de la sangre, alcanzando aproximadamente un promedio de 5.400.000 por mm3 de sangre en el hombre y 4.800.000 en la mujer. Cuando los glóbulos salen de la médula ósea y penetran al torrente sanguíneo, normalmente circulan durante 120 días antes de ser destruidos. Los glóbulos rojos envejecen progresivamente, debido al desgaste de sus procesos vitales. Esto trae consigo la fragilidad celular general, y por lo tanto, cuando pasan por el bazo, hígado o médula ósea roja son destruidos por fagocitosis. El hematocrito es un exámen médico que permite determinar el porcentaje de glóbulos rojos en la sangre. Éste valor, para un hombre, tiene que estar entre un 40 a 45%, para una mujer debe estar entre un 36 a 40%. Si una persona presenta un hematocrito muy bajo podríados inferir que presenta anemia, y si tiene un hematocrito demasiado alto podríamos inferir que presenta policitemia, donde la sangre se presenta muy viscosa y se dificulta su transporte por el torrente sanguíneo” • Producción: El mecanismo de síntesis de glóbulos rojos es la Eritropoyesis, la cual en un individuo adulto se realiza en la médula ósea roja de los huesos largos, costillas, pelvis, esternón, huesos del cráneo, en vértebras y en la pelvis.

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• Función: La hemoglobina de los eritrocitos es una proteína compuesta por cuatro cadenas peptídicas (dos cadenas alfa y dos cadenas beta), a la cual están unidos 4 átomos de hierro, cada uno en el centro de un compuesto orgánico llamado hem (pigmentos). La característica más importante de la molécula de hemoglobina es su capacidad para combinarse con oxígeno (O2) en forma reversible formando un compuesto

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Hay factores que regulan la producción de glóbulos rojos, de tal forma que siempre hay un número adecuado de eritrocitos para proporcionar oxígeno suficiente a los tejidos. Cualquier situación que disminuya el oxígeno transportado a los tejidos, gatilla la producción de hematíes. Por ejemplo, anemias, grandes alturas, insuficiencia cardíaca prolongada y enfermedades pulmonares. Los ejemplos anteriormente nombrados tienen como factor común la hipoxia (disminución de la cantidad de oxígeno), siendo ella la responsable del aumento en la producción de glóbulos rojos al estimular la activación de una hormona denominada eritropoyetina (sintetizada en los riñones). La eritropoyetina, denominada también factor estimulante eritropoyético, actúa sobre la médula ósea roja estimulando la producción de glóbulos rojos.

203

capítulo

inestable denominado oxihemoglobina a nivel pulmonar. Además se puede unir al CO2 formando carbaminohemoglobina, a nivel tisular (tejidos del cuerpo). La característica de ambos compuestos es que son inestables, lo que quiere decir que al variar las condiciones del medio pueden disociarse con facilidad. El monóxido de carbono (CO) también puede unirse a la hemoglobina, formando un compuesto más estable y, por lo tanto, difícil de disociar, denominado carbohemoglobina o carboxihemoglobina. Así como el sitio de unión del O2 queda ocupado por el CO, la hemoglobina queda imposibilitada para transportar oxígeno y se produce el estado de anoxia, porque no llega oxígeno a los aire tejidos. La hemoglobina de los glóbulos rojos en los capilares alveolares (en los pulmones) se carga con oxígeno presente en el aire inspirado, gracias a que la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno, en este lugar, se encuentra alta. Del oxígeno que difunde a la sangre el 97% se une a la hemoglobina formando oxihemoglobina y el 3% restante se transporta disuelto en el plasma.

O2 HbCO2

CO2

CO2 CO2

CO2

O2 O2

HbO2 HbO2

CO2 HbO2

Hb CO2 CO2

b. Glóbulos blancos o leucocitos • Estructura: Son las unidades móviles de la sangre, poseen núcleo, no tienen una forma definida y son de un tamaño ligeramente mayor que los glóbulos rojos.

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Preuniversitarios

• Promedio de vida y número: Su número es menor al de los glóbulos rojos, entre 5.000 a 7.000 por mm3 de sangre en un individuo sano. Esta cantidad varía cuando hay infección (donde suele aumentar el número de glóbulos blancos). Su promedio de vida varía de algunas horas durante una infección, a meses en un individuo sano.

204

capilar

proteínas de defensa

glóbulo blanco piel

bacterias

astilla

vasodilatación

• Producción: Se producen en la médula ósea roja de huesos largos y planos. • Función: Cumplen un importante papel en la defensa del organismo contra las diversas infecciones producidas por microorganismos. Cuando alguna bacteria u otro agente patógeno ingresa a nuestro organismo se liberan ciertas sustancias químicas que tienen la facultad de atraer a los leucocitos. Este fenómeno se denomina quimiotaxis. Por otro lado, para que el leucocito logre llegar al lugar en que se está multiplicando la bacteria, debe atravesar la pared de los vasos sanguíneos, por un proceso llamado diapedesis. Finalmente, los glóbulos blancos, en el lugar de infección, fagocitan el agente patógeno. La acumulación de células muertas, glóbulos blancos y bacterias da lugar a los glóbulos de pus.

Capítulo 5

Sistema circulatorio

Actividades 1. ¿Cuál es la importancia de la molécula de hemoglobina? 2. Explica brevemente el proceso de formación de glóbulos rojos, frente a condiciones de hipoxia. 3. Al perder el eritrocito las mitocondrias y el retículo endoplasmático, además del núcleo, ¿cómo obtiene este la energía para llevar a cabo su función? 4. Contesta Verdadero o Falso. a. _____ Aglutinación sanguínea es sinónimo de coagulación sanguínea. b. _____ La unión de monóxido de carbono y hemoglobina forma un compuesto altamente estable denominado carbaminohemoglobina. c. _____ La eritropoyetina es producida por el riñón, en forma inactiva. d. _____ Las personas que viven en regiones altiplánicas tienen menor cantidad de eritrocitos. e. _____ La hemoglobina es una molécula de estructura cuaternaria que lleva un átomo de hierro en el centro. f. _____ Tanto oxihemoglobina como carbaminohemoglobina son compuestos altamente estables.

¿Qué diferencia existe entre la carbaminohemoglobina y la carboxihemoglobina?

¿Por qué en los glóbulos rojos maduros no se producen 38 moléculas de ATP a partir de una molécula de glucosa?

Completa el cuadro siguiente: Células sanguíneas Características

Glóbulos rojos

Glóbulos blancos

Plaquetas

La función principal de los glóbulos blancos es la defensa del organismo frente a agentes patógenos. Nombra y explica las propiedades que los habilitan para desempeñar dicha función.

CPECH Preuniversitarios

205

c. Plaquetas o trombocitos

capítulo

• Estructura: Son los elementos figurados más pequeños. Miden sólo 2 a 4 micrones. No constituyen células en el sentido estricto de la palabra, ya que se originan por división del citoplasma de células hematopoyéticas, denominadas megacariocitos, no son células verdaderas ya que les falta el núcleo. Poseen en toda su 2+ extensión gran cantidad de gránulos, con sustancias tales como ADP, serotonina, epinefrina, Ca , importantes agentes en la formación del tapón plaquetario durante el proceso de hemostasia (coagulación sanguínea). 3

• Promedio de vida y número: Existen aproximadamente 300.000 por mm de sangre. Su vida media es de aproximadamente 9 días. • Producción: Son producidas en la médula ósea roja de huesos largos y planos. Al segmentarse el citoplasma granular de los megacariocitos se obtienen las plaquetas. • Función: Cumplen un rol de suma importancia en la hemostasia, especialmente en la coagulación sanguínea.

1.3 Hemostasia Es un conjunto de respuestas que detienen la hemorragia, en un vaso sanguíneo lesionado. Frente a una lesión existen mecanismos para mantener el equilibrio.

a. Espasmo vascular Cuando se rompe o lesiona un vaso sanguíneo, la respuesta inmediata es la constricción, de tal manera que disminuye la hemorragia, lo cual es importante en vasos de menor calibre. El espasmo inicial es independiente de las plaquetas o el proceso de coagulación. Es probable que la ruptura del vaso estimule directamente el músculo liso o los nervios que llegan a él, conduciendo a una adhesividad entre las superficies endoteliales del vaso lesionado, que se puede mantener aún después de comenzar a desaparecer la vasoconstricción activa.

glóbulos rojos plaquetas

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Preuniversitarios

b. Formación de un tapón de plaquetas

206

glóbulos rojos

plaquetas

Como resultado de la adhesión de las superficies endoteliales del vaso lesionado, se expone tejido conjuntivo con moléculas de colágeno. Las plaquetas se adhieren fuertemente al colágeno, lo que desencadena la liberación de sustancias químicas desde los gránulos citoplasmáticos (sustancias tales como el ADP, que hace que la superficie de las plaquetas adquiera mayor adhesividad). De esta manera, las plaquetas se adhieren unas con otras, constituyendo así un tapón plaquetario.

Capítulo 5

Sistema circulatorio

Por otro lado, los gránulos de las plaquetas liberan también serotonina y epinefrina durante la formación del tapón plaquetario. Estas sustancias son poderosos vasoconstrictores, que tienen por función prolongar la vasoconstricción inicial, hasta la formación del coágulo.

Vaso lesionado

Superficie endotelial alterada

Vasoconstricción

Adhesión de plaquetas

Adhesión de superficies opuestas

Descarga de gránulos

Serotonina

Epinefrina

ADP Formación del tapón plaquetario

c. Coagulación sanguínea Es el evento que transforma la sangre en un gel sólido. Esto se lleva a cabo a través de la conversión de la proteína plasmática fibrinógeno en fibrina. Reacción que es catalizada por una enzima denominada trombina. El coágulo consiste en una red de fibras de una proteína insoluble (fibrina), en que quedan atrapados los elementos figurados de la sangre. En el plasma existe una serie de proteínas llamadas factores de coagulación, que al activarse llevan a la formación de fibrina. Estos factores son 13 (designados con números romanos) y circulan en el plasma como profactores (factores inactivos).

red de fibrina

Existen dos formas de activar o iniciar la cascada de activación de los factores de coagulación:

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• Vía intrínseca: Esta vía para iniciar la coagulación empieza con la exposición de las fibras colágenas del endotelio lesionado y sigue con las reacciones que a continuación se presentan, que resumen las dos vías.

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• Vía extrínseca: Esta vía para iniciar la coagulación comienza cuando la sangre entra en contacto con tejidos dañados.

207

capítulo

Vía extrínseca

Vía intrínseca

Traumatismo tisular

Traumatismo sanguíneo

Las células endoteliales dañadas exponen las fibras de colágeno

Factor tisular Ca2+

Plaquetas dañadas

Factor XII activado Ca2+

Factor X activado

Plaquetas activadas

Fosfolípidos plaquetarios

Etapa 1

Ca2+ Protrombinasa (Activador de protrombina) Ca2+ Trombina

Protrombina

Ca2+

Etapa 2

Etapa 3

Fibrinógeno

Fibrina laxa

Filamentos de fibrina estable (red) que atrapan las células sanguíneas

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Coágulo

208

d. Retracción del coágulo Cuando se extrae sangre desde un vaso sanguíneo y se coloca en una probeta de vidrio, la coagulación ocurre entre los 5 a 8 minutos. Después se presentará como un gel. Sin embargo, durante los 30 minutos siguientes el coágulo se contrae, desalojando un líquido que formará parte del gel. El resultado final es un coágulo pequeño y duro en el fondo del tubo, y un volumen de suero que flota en la parte superior. En el cuerpo, este fenómeno se denomina retracción del coágulo.

Capítulo 5

Sistema circulatorio

e. Mecanismos anticoagulantes Como constantemente se están rompiendo pequeños vasos (al moverse, respirar, etc.), el mecanismo de coagulación está permanentemente activado. Para evitar entonces que se produzcan coágulos intravasculares que puedan tapar los vasos e impedir la circulación, existen mecanismos que disuelven la fibrina formada (fibrinolisina). También hay sustancias anticoagulantes, como la heparina, producida en células de tejido conectivo especialmente del pulmón e hígado, que bloquea la conversión de protrombina en trombina.

Actividades 1. Realiza un cuadro comparativo entre plaquetas, leucocitos y eritrocitos, considerando número promedio, funciones y características celulares. 2. Explica las diferencias entre las vías intrínseca y extrínseca de la coagulación. 3. Explica la importancia del fibrinógeno y la protrombina en el proceso de coagulación.

2. Morfología y función del aparato cardiovascular El aparato cardiovascular en la especie humana comprende una bomba muscular (el corazón) y una serie de tubos comunicados entre sí (los vasos sanguíneos). Éstos forman un sistema cerrado, donde la sangre permanece dentro de tubos durante todo su recorrido por el cuerpo.

2.1 Corazón Es un órgano de naturaleza muscular, que se encarga de bombear sangre hacia los diferentes tejidos del cuerpo. Está situado en el centro de la cavidad torácica entre los pulmones, en un espacio llamado mediastino con su extremo inferior o vértice algo inclinado hacia adelante y hacia la izquierda. Su forma y tamaño son similares a la de un puño.

2.1.1 Anatomía e histología a. El corazón se encuentra formado por 3 capas: • Epicardio: Es una membrana delgada que se adhiere a la superficie externa del corazón, inmediatamente debajo de la hoja visceral del pericardio.

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• Miocardio: Es la capa que constituye verdaderamente la estructura del corazón. Es una gruesa capa, formada por fibras musculares estriadas que actúan independientemente de la voluntad. Se clasifica como músculo cardíaco.

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209

capítulo

• Endocardio: Es la capa interna y consta de endotelio delgado. Constituye un revestimiento liso de las cavidades y válvulas cardíacas. b. La sección longitudinal del corazón muestra que está formado por cuatro cavidades centrales: dos superiores o aurículas y dos inferiores o ventrículos; además de otras estructuras como válvulas y vasos sanguíneos.

Vena cava superior

Arteria aorta

Arteria pulmonar Válvula semilunar pulmonar

Válvula semilunar aórtica

Venas pulmonares (pulmón derecho)

Venas pulmonares (pulmón izquierdo)

Aurícula derecha

Aurícula izquierda

Válvula tricúspide

Válvula bicúspide

Ventrículo izquierdo

Ventrículo derecho

Vena cava inferior Tabique interventricular Miocardio

c. Arterias coronarias

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Nacen de la región ascendente de la arteria aorta, apenas esta sale del ventrículo izquierdo. Estas arterias son primordiales para el corazón, ya que a través de ellas el corazón recibe oxígeno en gran cantidad, necesario para cumplir su intensa actividad.

210

Capítulo 5

Sistema circulatorio

2.1.2 Recorrido de la sangre a través del corazón La sangre sigue el siguiente recorrido durante su ciclo cardíaco:

De la aurícula derecha, pasa al ventrículo derecho a través de la válvula tricúspide.

Del ventrículo derecho, la sangre pasa a la arteria pulmonar hacia los pulmones.

En los pulmones, la sangre sufre un cambio de presiones parciales de gases, pues incorpora mayor cantidad de oxígeno y elimina los excesos de CO2.

La sangre rica en oxígeno vuelve al corazón por medio de las venas pulmonares hacia la aurícula izquierda.

vena cava superior

arteria pulmonar

aorta

3 vena pulmonar derecha válvula pulmonar válvula tricúspide vena cava inferior

5 aurícula izquierda

aurícula derecha

ventrículo izquierdo

vena pulmonar izquierda válvula mitral válvula aórtica

ventrículo derecho

De la aurícula izquierda, pasa al ventrículo izquierdo por medio de la apertura de la válvula biscúspide o mitral.

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Del ventrículo izquierdo, pasa a la arteria aorta y es distribuida hacia el resto del cuerpo.

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La sangre llega al corazón a través de las venas cavas superior e inferior a la aurícula derecha.

211

capítulo

2.1.3 Actividad eléctrica del corazón El corazón se contrae rítmicamente durante toda la vida, y no está sujeto al control de la voluntad (sistema nervioso autónomo). En un individuo adulto, la frecuencia cardíaca es de aproximadamente 60-90 latidos por minuto en reposo. El corazón está formado por un sistema especializado para: 1. Generar rítmicamente impulsos que causan la contracción rítmica del miocardio (marcapasos). 2. Conducir estos impulsos con rapidez por todo el corazón. Este sistema especializado consta de: • Nodo sinusal o sinoauricular o marcapaso: Genera el impulso rítmico normal. Este nodo controla habitualmente el latido de todo el corazón. • Las vías internodales: Conducen impulsos nerviosos desde el nodo sinusal al aurículo ventricular • El nodo auriculoventricular (AV) demora el impulso proveniente de las aurículas antes de que pase a los ventrículos. • Haz de Hiss que conduce el impulso hacia los ventrículos.

Nodo sinusual Nodo auriculoventricular Haz de Hiss Ramas del haz de Hiss

Red de Purkinge

• Red de Purkinge que conduce el estímulo a todos los sectores del ventrículo

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Muchas fibras cardíacas tienen la capacidad de autoexcitación, un proceso que es capaz de causar una descarga y contracción rítmica automática.

212

El sistema de conducción está organizado de forma que el estímulo cardíaco no pase de las aurículas a los ventrículos con demasiada rapidez. Este retraso deja tiempo para que las aurículas vacíen su contenido a los ventrículos antes de que comience la contracción ventricular. Además permite que el flujo de sangre dentro del corazón siga una sola dirección.

Capítulo 5

Sistema circulatorio

2.1.4 Automatismo cardíaco El corazón posee dos tipos de células musculares: contráctiles y de conducción. Las células contráctiles comprenden la mayor parte del tejido auricular y ventricular, y son las células de trabajo del corazón encargadas de generar fuerza o presión. Las células de conducción son células musculares especializadas que no se contraen ni generan fuerza, sino que propagan con rapidez los potenciales de acción sobre el miocardio entero. La actividad eléctrica de este grupo de células especializadas se refleja en el denominado electrocardiograma, que es la manifestación superficial de los fenómenos eléctricos que comandan el funcionamiento cardíaco. R P Onda P: Despolarización auricular Complejo QRS: Despolarización ventricular Onda T: Repolarización ventricular

Q S

La onda P se debe a los potenciales eléctricos generados cuando las aurículas se despolarizan antes de cada contracción. El complejo QRS se debe a los potenciales que se generan cuando los ventrículos se despolarizan antes de contraerse. La onda T se debe a los potenciales que se generan cuando los ventrículos se recuperan de su estado de despolarización o experimentan una repolarización ventricular.

2.1.5 Ciclo Cardíaco a. Etapas • Sístole Auricular: Es la contracción de las aurículas que es antecedida por la onda P del ECG (inicio de A en la figura inferior) que marca la despolarización de las aurículas. La sangre llega en forma continua a las aurículas y las válvulas aurículo - ventriculares están abiertas, por lo que la sangre entra a los ventrículos aún antes de que ocurra la sístole auricular. Cuando ocurre la sístole auricular aumenta el volumen ventricular de sangre (A). La mayor parte del volumen ventricular se alcanza en diástole (se llena en un 80% de su capacidad).

Bradicardia: Es la frecuencia cardíaca lenta, menos a 60 latidos por minuto.

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Arritmia: Alteración del ritmo cardíaco (sin ritmo) donde el corazón late algunas veces más rápido que otras, presentándose en algunos momentos taquicardias y en otros bradicardias.

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Taquicardia: Es la frecuencia cardíaca o pulso rápido sobre los 100 latidos por minuto.

213

capítulo

Ciclo cardíaco A

Abertura de válvulas semilunares

Cierre de válvulas semilunares

Cierre válvulas auriculo-ventriculares

Abertura válvulas aurículo-ventriculares Presión ventricular Ruidos cardíacos Volumen ventricular

Electrocardiograma S Q

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• Sístole ventricular: La contracción ventricular comienza durante el complejo QRS, que representa la despolarización ventricular (entre A y B). Como las válvulas semilunares están cerradas, la sangre por un breve momento no puede ser expulsada por lo que este período se denomina sístole ventricular isovolumétrica (igual volumen, porque la sangre no sale del ventrículo). Además, el aumento de la presión ventricular produce el cierre de las válvulas aurículo ventriculares (final de A), evitando el reflujo de la sangre. El cierre de estas válvulas produce el primer ruido cardíaco (B). Las válvulas semilunares también están cerradas (por ello la sangre no es expulsada del ventrículo).

214

Como la contracción ventricular continúa, la presión se incrementa (entre B y C) alcanzando su valor más alto justo antes que las válvulas semilunares se abran desalojando la sangre con rapidez desde los ventrículos a las arterias (entre C y D), con lo cual la presión arterial comienza a aumentar (hay que tener presente que la sangre en este momento llega continuamente a las aurículas por lo que la presión dentro de ellas aumenta progresivamente).

Luego la expulsión de sangre se hace más reducida (entre E y F) y la presión ventricular disminuye (entre E y F), ya que ha terminado la contracción ventricular.

• Diástole total: Luego de la repolarización ventricular (onda T del ECG, región D) se relajan los ventrículos y su presión desciende. En el momento en que se hace menor a la presión arterial, las válvulas semilunares se cierran (E), generando el segundo ruido cardíaco. En este momento todas las válvulas están cerradas y el volumen ventricular permanece constante (relajación isovolumétrica).

Cuando la presión ventricular disminuye a su nivel más bajo, las válvulas aurículo ventriculares se abren (E) y el ventrículo comienza a llenarse con sangre procedente de las aurículas (E y F), primero en forma rápida y luego en forma lenta.

El final de este período de llenado reducido o lento marca el final de la diástole para que se sobrevenga otra sístole auricular y se inicie otro ciclo cardíaco.

Capítulo 5

Sistema circulatorio

b. Tiempos involucrados en cada etapa Tiempo (segundos)

Aurícula

Ventrículo

0,1

Sístole

Diástole

0,3

Diástole

Sístole

0,4

Diástole

Actividades 1. Describe los eventos que se llevan a cabo durante el ciclo cardíaco. 2. A partir del esquema que se presenta a continuación, indica en él las siguientes situaciones: a. b. c. d. e. f. g. h. i.

Descarga del nódulo sinusal. Descarga del nódulo aurículo-ventricular. Momento en que se inicia el complejo QRS del ECG. Momento en que los ventrículos están a un 100% de su capacidad. Etapa de diástole total. Primer ruido cardíaco. Segundo ruido cardíaco. 0 0,1 Despolarización auricular. Aurículas Despolarización ventricular.

Sístole Diástole 0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

Ventrículos

c. Gasto cardíaco Es la cantidad de sangre bombeada por el corazón hacia la aorta cada minuto. También es la cantidad de sangre que fluye por la circulación y que es responsable de transportar sustancias hacia los tejidos y desde ellos. El gasto cardíaco varía ampliamente según el nivel de actividad del cuerpo. Por tanto, el metabolismo corporal, el ejercicio, la edad y el tamaño del cuerpo influyen en el gasto cardíaco. Se ha calculado el gasto cardíaco promedio en varones como en 5,6 litros/minuto y en las mujeres un 10% a 20% menor.

Sabías que... Gasto cardíaco = frecuencia cardíaca x volumen latido expulsado.

El retorno venoso es la suma de todos los flujos sanguíneos locales de cada segmento de la circulación periférica. Por tanto, de ello se deduce que la regulación del gasto cardíaco es la suma de todas las regulaciones del flujo sanguíneo local.

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Es la cantidad de sangre que fluye desde las venas a la aurícula derecha cada minuto. El retorno venoso y el gasto cardíaco deben ser iguales entre sí, excepto durante unos pocos latidos cada vez.

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d. Retorno venoso

215

capítulo

e. Regulación nerviosa El sistema nervioso también tiene una influencia sobre el bombeo cardíaco a través de la estimulación simpática y la inhibición parasimpática, lo cual tiene diversos efectos, por ejemplo: • El sistema sistema nervioso simpático: - Aumenta la frecuencia cardíaca (a veces hasta 180 a 200 latídos/min). - Aumenta la fuerza de contracción cardíaca hasta dos veces la fuerza normal (inotropismo positivo). • El sistema nervioso parasimpático: - Reduce la frecuencia cardíaca. - Reduce la fuerza de contracción del corazón.

Actividades 1. ¿Qué función cumple el nódulo sinusal? 2. Explica por qué se producen los ruidos del corazón, durante el ciclo cardíaco. 3. ¿En qué momento se abren y cierran las válvulas mitral y tricúspide? 4. Averigua qué tipo de organismos presentan un sistema circulatorio abierto. ¿Cuáles son sus características principales? 5. En el texto se presentan distintos aspectos del corazón en forma separada, ya que sólo así podrás comprender mejor cada característica y eventos que ocurren en él. Ahora bien, si ha entendido la materia, podrás integrar todos los conceptos dados y explicar de un modo secuenciado y lógico todos los eventos que ocurren en el corazón cuando la sangre pasa a través de él. 6. Completa las siguientes oraciones: a. El corazón está separado del resto de los órganos por una membrana serofibrosa llamada ______________. b. El corazón está formado por tres capas bien definidas. Desde dentro hacia afuera son: ______________ ______________ , ______________ y _______________ . c. El corazón posee cuatro cavidades: - Dos superiores llamadas _____________, destinadas a recibir sangre desde la periferia y dos inferiores denominadas ____________________________, destinadas a impulsar la sangre hacia la periferia. d. En la aurícula izquierda desembocan las venas ______________. Presenta, además, el orificio aurículo-ventricular izquierdo flanqueado por la válvula ______________ .

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e. El ventrículo derecho es más pequeño y delgado que el izquierdo, y da salida a la ______________ que lleva sangre hacia los pulmones para ser oxigenada.

216

f. El corazón funciona como bomba, por esto se contrae ______________ y se relaja ______________ alternativamente. Este proceso no es simultáneo en las aurículas y los ventrículos, sino que es secuencial.

Capítulo 5

Sistema circulatorio

2.2 Vasos sanguíneos En el hombre y otros vertebrados hay tubos de diversos calibres, cuya función es transportar la sangre a todos los tejidos del organismo. Estos tubos de diverso calibre se llaman, en conjunto, vasos sanguíneos.

2.2.1 Arterias Son vasos sanguíneos que sacan sangre del corazón. En general, conducen sangre rica en oxígeno, salvo la arteria pulmonar y arterias umbilicales. La arteria principal del cuerpo es la arteria aorta, que sale del ventrículo izquierdo.

Sabías que... El pulso es la expansión y rebote elástico alternado de las arterias con cada sístole y diástole del ventrículo izquierdo.

Al penetrar dentro de un órgano, la arteria va perdiendo espesor y calibre con cada bifurcación, transformándose primero en una arteriola y finalmente en un capilar. Al observar al microscopio óptico un corte transversal de arteria, se distinguen tres capas. Arterias

Capa o túnica media: Se caracteriza por presentar fibras musculares lisas y numerosas fibras elásticas recubriendo la musculatura. Es este conjunto de fibras elásticas que le confiere la propiedad de elasticidad a las arterias.

Adventicia o túnica externa: Es la capa más externa de la arteria, y se caracteriza por estar formada por tejido conjuntivo (de relleno) laxo. Esta capa es la más fuerte y resistente. Evita la ruptura de la arteria cada vez que aumenta la presión de la sangre.

Capa íntima o túnica interna: Es una capa delgada, compuesta por endotelio. Viene a ser la prolongación del endocardio. Su función es reducir al máximo la fricción de la sangre con la superficie interior del vaso.

Después de haber efectuado el intercambio de gases y solutos, los capilares confluyen en vasos que van aumentando de calibre y constituyen finalmente las venas. Al igual que las arterias, constan de tres capas.

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2.2.2 Venas

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217

capítulo

Venas Capa íntima o túnica interna: Es similar en venas y arterias.

Adventicia: Es similar en venas y arterias.

Válvulas: Impiden el flujo retrógado de la sangre.

Capa o túnica media: Es más delgada que la de las arterias, por tener menor cantidad de fibras musculares lisas.

Una diferencia importante con las arterias es que el endotelio forma repliegues, llamados válvulas (sólo a nivel de las venas de las extremidades inferiores). Éstas impiden el flujo retrógrado de la sangre. El calibre de los vasos depende de las fibras musculares de la capa media, que está regulada por el sistema nervioso autónomo. Por otra parte, la contracción del músculo esquelético, por donde pasan las venas, produce una compresión en la pared venosa, determinando la propulsión de la sangre en la dirección que abren las válvulas. Cuando el músculo se relaja, la sangre tiende a regresar, pero el cierre de la válvula impide el reflujo.

Válvula abierta Válvula cerrada

Músculo relajado

La contracción muscular comprime la vena Válvula cerrada

2.2.3 Capilares

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Son vasos sanguíneos de unos 7 micrones de diámetro con una longitud media cercana a un milímetro. Están constituidos por endotelio. Las células del endotelio son planas y dejan espacios entre sí. La estructura y la velocidad de circulación facilitan el intercambio de gases y solutos a este nivel. Además, la circulación es en esta región muy lenta. Nacen de la última división de las arteriolas, ramificándose luego muchas veces, sin cambiar de calibre. A este nivel se unen para formar una red, llamada lecho capilar, después de lo cual confluyen a un conducto común o vénula. Por lo tanto, cada lecho capilar tiene dos extremos: uno arterial y el otro venoso.

218

Capilares Membrana Basal

Endotelio

Capítulo 5

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La pared del capilar está constituida por una fina capa de endotelio, que ofrece un fácil pasaje de agua, gases y sustancias nutritivas disueltas en el plasma (sales, aminoácidos, glucosa, etc.), pero impide la salida de las proteínas específicas de la sangre (fibrinógeno, albúminas, etc.). Es esta retención de proteínas específicas del plasma la que crea un sistema osmótico y la difusión de sustancias hacia los tejidos y viceversa. En el extremo arterial del capilar, la presión sanguínea es de 35 mm de Hg aproximadamente, y la presión oncótica o coloide - osmótica es de 25 mm de Hg (dado por las proteínas plasmáticas). Debido a este gradiente de presiones, el agua, sustancias nutritivas y oxígeno en disolución, atraviesan la pared del capilar, poniéndose en contacto con el líquido tisular que baña la célula. A medida que se avanza por el capilar, la presión sanguínea decrece, reduciéndose progresivamente el intercambio de sustancias y agua hacia el líquido tisular. En la cercanía del extremo venoso, la presión sanguínea se hace menor que la presión osmótica, determinando que parte del líquido tisular regrese al interior del capilar, trayendo consigo desechos metabólicos tales como urea, CO2 y agua.

3. Presión sanguínea La sístole ventricular tiene por función enviar sangre a gran velocidad y presión por las arterias para que alcance a llegar a todos los tejidos del organismo. Para que esta circulación sea continua, en arteriolas y capilares, son necesarios los siguientes factores: • • • •

Elasticidad de las arterias. Presión en las arterias. Resistencia periférica (dificultad para el paso de la sangre en las arteriolas y en los capilares). Caída de presión a lo largo del circuito vascular.

Debido a la expulsión de sangre desde el corazón, la presión en las arterias sube durante la contracción cardíaca. Corresponde esta a la presión alta o sistólica. La presión durante la relajación del corazón constituye la presión baja o diastólica. En una persona normal, la presión sistólica está entre 90 y 120 mmHg y la presión diastólica a 60 u 80 mmHg. La presión de los vasos sanguíneos va disminuyendo a medida que la sangre se aleja del corazón. Llega a unos 32 mmHg en el extremo arterial de los capilares y a unos 12 mmHg en el extremo venoso de los capilares. En las venas cavas, la presión es casi nula (5 mmHg). Esta disminución de la presión se debe a que cuando las arterias se dividen en arteriolas y estas en capilares, la superficie total de fricción aumenta considerablemente. De este modo, casi toda la presión generada por las contracciones del corazón es utilizada para vencer la resistencia friccional de los vasos; además, la presión que ejerce la sangre sobre los vasos sanguíneos a medida que decrece su calibre también baja, lo cual favorece una caída de presión que también favorece el flujo continuo de sangre.

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La disminución de la velocidad sanguínea se debe a la enorme ramificación que sufren los vasos al formarse el lecho capilar. Esta ramificación determina un aumento gradual del área de sección total, de manera que la velocidad de la sangre disminuye paulatinamente, y al llegar a los capilares arteriales la sangre se mueve con acentuada lentitud. Al llegar la sangre a las vénulas y venas, la velocidad sanguínea aumenta otra vez. Este mecanismo de circulación tiene varias ventajas: la sangre llega rápidamente a los órganos que irriga, lugar donde disminuye considerablemente su velocidad, para que se lleve a cabo con buen éxito el intercambio de O , sustancias nutritivas y agua a nivel capilar, volviendo a desplazarse con rapidez al confluir los capilares en 2 vénulas y venas y dirigirse a otras regiones del cuerpo.

219

capítulo

4. Circuitos cardiovasculares

Vasos sanguíneos de la cabeza y los miembros superiores Arteria pulmonar

Aorta

Vasos sanguíneos del pulmón derecho

Vena cava superior

Vasos sanguíneos del hígado Vena porta

Vena cava inferior

Vasos sanguíneos del pulmón izquierdo Venas pulmonares

El corazón

Vasos sanguíneos del intestino delgado

Vasos sanguíneos de los miembros inferiores

La sangre que circula por los distintos vasos sanguíneos describe dos circuitos bien definidos que se denominan circulación mayor o sistémica y circulación menor o pulmonar:

4.1 Circulación mayor o sistémica En este sistema la sangre es impulsada desde el ventrículo izquierdo hacia la aorta, que la distribuye hacia todo el organismo, llevando nutrientes, oxígeno, etc. Finalmente, la sangre, ya empobrecida en estas sustancias, regresa a la aurícula derecha por la vena cava superior e inferior.

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4.2 Circulación menor o pulmonar

220

Este circuito comienza en el ventrículo derecho, que impulsa la sangre llegada desde la periferia hacia la arteria pulmonar. En el interior del parénquima pulmonar, esta arteria se ramifica, y finalmente los capilares se ponen en contacto con los alvéolos pulmonares. En esta forma, la sangre queda separada del medio rico en O2 que existe dentro de los alvéolos por una muy pequeña distancia. Esto le permite abastecerse de O2 y excretar CO , 2 para volver por las 4 venas pulmonares hacia la aurícula izquierda. Desde ahí pasa al ventrículo izquierdo para salir por la aorta, entrando nuevamente al circuito mayor.

Capítulo 5

Sistema circulatorio

Actividades 1. Realiza un cuadro comparativo de los 3 tipos de vasos sanguíneos. 2. ¿Por qué razón el ventrículo izquierdo tiene las paredes más gruesas que el ventrículo derecho? 3. ¿Cuáles son los vasos sanguíneos que salen y entran del corazón? 4. ¿Cuáles son los factores que determinan la presión en los vasos sanguíneos? 5. ¿Qué factores modifican la presión en los vasos sanguíneos? 6. Explica, en no más de cinco líneas cómo se lleva a cabo el intercambio de sustancias a través de la pared del capilar 7. Diseña un gráfico donde se visualicen claramente las variaciones de presión y velocidad que afectan a los vasos sanguíneos. 8. ¿Qué riesgos corre la persona con presión sanguínea alta? (Enumera). 9. ¿Por qué el pulso se toma en una arteria y no en una vena? 10. ¿A qué se debe la diferencia entre la presión diastólica y presión sistólica?

5. Sistema linfático 5.1 Funciones El sistema linfático tiene las siguientes funciones: a. drenar los espacios intercelulares en que se encuentra líquido intercelular o también llamado intersticial. b. transporta proteínas que han escapado de las células y partículas grandes de los espacios intercelulares, ninguno de los cuales se puede eliminar mediante absorción en los capilares sanguíneos. c. transporta grasas desde el sistema digestivo a la sangre. d. ayuda a la supervivencia y defensa del organismo.

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Está formado, por un líquido llamado linfa y vasos que la transportan denominados vasos linfáticos y diversas estructuras y órganos que contienen tejido linfático.

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5.2 Organización

221

capítulo

5.2.1 Órganos linfoides Según su función se dividen en: a. Órganos linfoides primarios Son aquellos en que tiene lugar la formación y maduración de células inmunitarias. Estos órganos linfoides están en contacto con los capilares sanguíneos, permitiendo que las células inmunitarias puedan circular a través de la sangre. Estos órganos son: • Médula ósea: Lugar donde se forma parte de los leucocitos, en forma exclusiva los granulocitos y los monocitos, además de unos pocos linfocitos, los que además se forman en los diferentes órganos linfoides por lo que se puede considerar la médula ósea como un componente del sistema linfático. • Timo: Órgano linfático bilobulado. Enclaustrado en una cápsula de tejido conectivo y dividido en varios lobulillos. Se localiza por atrás del esternón y entre los pulmones. Su corteza está compuesta por linfocitos empaquetados, mientras su médula está formada por células epiteliales y más que nada por linfocitos distribuidos ampliamente.

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222

Amígdalas: Son congregaciones múltiples de ganglios linfáticos. Ganglios linfáticos: Estructura oval localizada a lo largo de los vasos linfáticos.

Timo: Órgano linfático, cuya función es ayudar a producir y distribuir a otros órganos linfoides células T. Conducto torácico: Vacía toda la linfa en la unión de las venas yugular interna y subclavia. Bazo: Está formado por tejido linfático, su función es elaborar células productoras de anticuerpos.

Vasos linfáticos: Se caracterizan por tener paredes más delgadas que las venas y una mayor cantidad de válvulas. Capilares linfáticos: Nacen como vasos ciegos entre los espacios de las redes de capilares sanguíneos.

Médula ósea: Lugar donde se forma parte de los leucocitos, en forma exclusiva los granulocitos y los monocitos, además de unos pocos linfocitos.

La función del timo es ayudar a madurar y distribuir a otros órganos linfoides linfocitos T, los que destruyen a los microorganismos invasores directa o indirectamente, pues producen diferentes sustancias. Además produce varias hormonas, como la timosina, timopoyetina y el factor humoral tímico, que favorecen la proliferación y maduración de las células T.

b. Órganos linfoides secundarios Son aquellos en los cuales se almacenan y se reproducen las células inmunitarias procedentes de la médula ósea roja y el timo. Estos órganos linfoides están conectados entre sí por los vasos linfáticos, por los que circulan las células inmunitarias en la linfa.

Capítulo 5

Sistema circulatorio

Estos órganos son: • Bazo: Estructura oval, que está formada por tejido linfático. De unos 12 cm de longitud, se ubica en el lado derecho superior de la cavidad abdominal entre el fondo del estómago y el diafragma. Está formado por una cápsula externa y un parénquima, el cual está formado por pulpa blanca, (que corresponde a linfocitos que se engruesan y forman ganglios linfáticos llamados nódulos esplénicos) y la pulpa roja que consiste en senos venosos llenos de sangre y cordones esplénicos, que consisten en eritrocitos, macrófagos, linfocitos, células plasmáticas y granulocitos. Su función es producir células plasmáticas productoras de anticuerpos, fagocitar bacterias y destruir células sanguíneas dañadas o caducas. También almacena y libera sangre.

Sabías que... Las amígdalas palatinas son las únicas que se retiran de manera común en la amigdalectomía y las amígdalas linguales que solo se retiran en algunas ocasiones.

• Ganglios Linfáticos: Estructuras ovales localizadas a lo largo de los vasos linfáticos. Contienen una depresión llamada hilio por donde entran y salen vasos sanguíneos y linfáticos.

Cada ganglio está compuesto por una cápsula externa de tejido conectivo. En su interior se encuentra una red de soporte de fibras reticulares y células reticulares (fibroblastos y macrófagos), que en conjunto reciben el nombre de estroma. También presenta un parénquima, formado por una corteza externa que contiene linfocitos empaquetados en masas llamadas nódulos linfáticos. En la región interna de la médula, los linfocitos están dispuestos en cadenas llamadas cordones medulares, donde además se encuentran macrófagos y células plasmáticas.

La linfa circula para su filtración desde los vasos linfáticos hacia los ganglios.

Los ganglios linfáticos están distribuidos en todo el cuerpo, dispuestos en forma superficial y profunda, pero siempre la mayor concentración de estos ganglios está en el centro del cuerpo y de las articulaciones.

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Su posición estratégica a la entrada de las vías aérea y digestiva le permiten proteger contra la invasión de sustancias extrañas, pues producen linfocitos y anticuerpos.

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• Amígdalas: Son congregaciones múltiples de ganglios linfáticos embebidos en una membrana mucosa. Están dispuestos en un anillo en la unión de la cavidad oral y faríngea y una amígdala única en la pared posterior de la nasofaringe llamada adenoides.

223

capítulo

5.2.2 Linfa Contiene agua, grandes proteínas que escapan al sistema vascular, grasas absorbidas desde el sistema digestivo, leucocitos y grandes partículas como bacterias que han encontrado su camino entre las células endoteliales de los capilares linfáticos y entran en la linfa. entre 2 y 3 litros por día deriva del líquido intersticial o extracelular, tiene casi la misma composición de este líquido. Alrededor de dos terceras partes de la linfa derivan del hígado y de los intestinos. El flujo de linfa se produce gracias a factores que aumentan la presión del líquido intersticial, como son la presión capilar elevada, presión coloide osmótica del plasma, aumento de las proteínas del líquido intersticial y aumento de la permeabilidad de los capilares. El movimiento de la linfa también es producto de la bomba linfática, que corresponde a la acción de las válvulas que se encuentran a lo largo de los vasos linfáticos, junto con la contracción del músculo liso de la pared de los vasos linfáticos. además, el movimiento de la linfa es ayudado por cualquier factor externo que comprima de forma intermitente el vaso linfático, provocando el bombeo. Tales factores son contracción de los músculos vecinos, movimiento de parte del cuerpo, pulsación arterial y compresión de los tejidos externos.

5.2.3 Vasos linfáticos Se originan como vasos microscópicos llamados capilares linfáticos. Nacen como vasos ciegos entre los espacios intercelulares en medio de las redes de capilares sanguíneos. El capilar linfático más conocido es el quilífero central que se encuentra formando parte de las vellosidades del intestino delgado. Los capilares linfáticos se caracterizan por tener diminutas aberturas entre las células endoteliales. De esta manera, la pared del capilar permite el paso del líquido intersticial fácilmente, pero evita que el flujo de líquido salga del capilar. Los capilares linfáticos se unen para formar vasos linfáticos cada vez más grandes que reciben el nombre de venas linfáticas. Estas se caracterizan por tener paredes más delgadas que las venas y una mayor cantidad de válvulas que ayudan al recorrido de la linfa en una única dirección. Estas venas linfáticas contienen ganglios linfáticos a intervalos diversos a lo largo de su trayecto.

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Las venas linfáticas liberan su contenido a dos conductos principales: el conducto torácico o conducto linfático izquierdo, el cual vacía en la unión de la vena yugular interna y la vena subclavia izquierda, y el conducto linfático derecho que vacía toda la linfa en la unión de las venas yugular interna derecha y subclavia derecha.

224

Capítulo 5

Sistema circulatorio

Conceptos fundamentales

1. Automatismo cardíaco: Propiedad del corazón para generar su propio estímulo para la contracción, independiente del sistema nervioso. 2. Diástole: Fase del ciclo cardíaco en que se relaja el músculo cardíaco y las cámaras se llenan de sangre. 3. Electrocardiograma: Representación a través de ondas de los cambios de potencial eléctrico que ocurren durante un ciclo cardíaco. Se utiliza para estudiar los trastornos de la actividad cardíaca. 4. Eritrocito: Célula altamente especializada de la sangre destinada al transporte de oxígeno (hemoglobina). Carece de núcleo, por lo que no se divide, no tiene mitocondrias ni retículo endoplasmático. Estas adaptaciones le permiten contener una mayor cantidad de hemoglobina para transportar oxígeno. 5. Hemoglobina: Proteína de los eritrocitos especializada en el transporte de oxígeno. Es capaz de transportar también dióxido de carbono, en menor medida. 6. Plasma: Porción líquida de la sangre, constituida mayoritariamente por agua. Se encarga del transporte de numerosas sustancias, tales como nutrientes, sales minerales, vitaminas, proteínas plasmáticas, etc. 7. Presión sanguínea: Presión que ejerce la sangre sobre las paredes de los vasos sanguíneos, especialmente en las arterias de mayor diámetro. Resulta de la acción de bombeo del corazón y la elasticidad de los vasos arteriales. 8. Sangre: Tejido especializado destinado a cumplir con la función circulatoria o de transporte. Está formada por una porción líquida o plasma y la porción celular que integran eritrocitos, leucocitos y plaquetas. 9. Sístole: Fase del latido cardíaco en que se produce la contracción del corazón. Esta fase, a nivel de los ventrículos, posibilita que la sangre pueda fluir a través de los vasos sanguíneos. 10. Vaso sanguíneo: Estructura tubular que se encuentra en los vertebrados y algunos invertebrados para transportar la sangre por el cuerpo. Los vasos sanguíneos tienen diferente diámetro y ayudan a regular el flujo de sangre por distintos territorios del organismo.

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225

Hemopoyético Bazo

Corazón

Sistema

Cardiovascular

Organismo

está formado por...

Aurícula derecha. Aurícula izquierda. Ventrículo derecho. Ventrículo izquierdo.

Bombear la sangre a los tejidos del organismo.

4 cámaras musculares

permite...

tiene como característica...

Venas

Automatismo cardíaco

Capilares

Corazón

Arteriolas

Son vasos que acumulan el mayor volumen de sangre (vasos de capacitancia).

comprende...

Vasos sanguíneos

comprende...

Arterias

Son vasos en los que ocurre el intercambio de sustancias.

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Eritrocito Muscular

Síntesis de contenidos

Linfocito Médula ósea Órgano

Sangre Tejido

Macrófago Célula

Sangre

cumple con las funciones de... • Transporte de nutrientes. • Transporte de gases. • Transporte de desechos. • Defensa. • Regulación de la temperatura.

Elementos figurados

formada por... Plasma

Eritrocitos. Leucocitos. Plaquetas.

Son vasos de resistencia que permiten la distribución del flujo sanguíneo de acuerdo a las necesidades del organismo.

226

capítulo

Agua. Sales minerales. Proteínas. Glucosa. Urea Etc.

Son vasos de baja resistencia que hacen continuo el flujo sanguíneo y mantienen la presión.

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Capítulo 5

Sistema circulatorio

Ejercicios Ejercicios resueltos 1. ¿Qué factor(es) incrementa(n) la presión arterial? I) Vasodilatación periférica. II) Aumento del volumen sanguíneo. III) Aumento de la velocidad de la sangre. A) B) C) D) E)

Solo I Solo II Solo III Solo II y III I, II y III

Correcta: B. Habilidad: Comprensión. Defensa: La vasoconstricción periférica implica una disminución diámetro de los vasos sanguíneos, lo cual aumenta la presión. Según este mismo concepto se puede aumentar la presión aumentando el contenido, en este caso el volumen de sangre. La velocidad de la sangre no tiene influencia. De hecho, las venas tienen una baja presión y una alta velocidad sanguínea.

2. Un organismo sometido a esfuerzo realiza varias adaptaciones fisiológicas, entre las cuales está la contracción de las arteriolas periféricas, lo cual se lleva a cabo

Correcta: E. Habilidad: Comprensión. Defensa: Las arteriolas son vasos de resistencia, por lo tanto, pueden oponer resistencia al flujo de sangre, lo cual es útil para redistribuir el flujo sanguíneo de acuerdo con las necesidades del organismo, en este caso del tejido muscular. Este tejido debe tener un mayor aporte de oxígeno durante el ejercicio. Esta acción es controlada por el sistema nervioso autónomo, específicamente por el sistema simpático.

3. El corazón se considera como una bomba capaz de impulsar el flujo de la sangre. Si en un corazón artificial que cumple con las mismas condiciones de uno vivo logramos impulsar agua a través de la aurícula izquierda, ¿por qué lugar se producirá la salida de esta agua? A) B) C) D) E)

Por la arteria pulmonar. Por la arteria aorta. Por la vena cava inferior. Por la vena cava superior. Por las venas pulmonares.

Correcta: B. Habilidad: Reconocimiento. Defensa: Si el agua es introducida por la aurícula izquierda, el recorrido sigue hacia el ventrículo izquierdo, atravesando la válvula mitral. El desalojo se produce por la mitad izquierda del corazón, o sea, por la arteria aorta.

con la finalidad de desviar sangre a los tejidos que participan directamente del esfuerzo. II) para aumentar la cantidad de O2 hacia los tejidos que están trabajando. III) por acción del sistema nervioso autónomo. Es (son) correcta(s)

Preuniversitarios

solo I. solo II. solo III. solo I y II. I, II y III.

CPECH

A) B) C) D) E)

227

capítulo

4. El siguiente gráfico muestra la relación entre la actividad eléctrica del corazón y los fenómenos de contracción o sístole ventricular.

Electrocardiograma

Sístole ventricular

Con respecto al gráfico, se puede deducir que I) la despolarización ventricular es anterior a la sístole ventricular. II) la repolarización ventricular es posterior a la sístole ventricular. III) la acción del nodo sinusal es previa a la contracción ventricular. A) B) C) D) E)

Solo I Solo II Solo III Solo I y II I, II y III

Correcta: E. Habilidad: Análisis. Defensa: El gráfico muestra la relación entre los fenómenos eléctricos del corazón (electrocardiograma) y el fenómeno mecánico de la sístole ventricular. La actividad eléctrica es previa a la manifestación mecánica de la sístole. Esta actividad eléctrica es generada por el nodo sinusal, por lo tanto, debe ser previa a la sístole. Observando la gráfica del ECG, la repolarización ventricular (diástole) es posterior a la sístole.

CPECH

Preuniversitarios

5. La sangre circula por los distintos vasos sanguíneos con velocidades diferentes. En orden de menor a mayor velocidad, la secuencia es

228

A) B) C) D) E)

arterias - venas - capilares. capilares - arterias - venas. venas - capilares - arterias. capilares - venas - arterias. arterias - capilares - venas.

Correcta: D. Habilidad: Reconocimiento. Defensa: Los capilares tienen la menor velocidad debido a que tienen la mayor área transversal (la velocidad es inversamente proporcional al área transversal). Luego están las venas, donde aumenta la velocidad por la disminución del área transversal comparada con los capilares y finalmente la sangre fluye más rápidamente por las arterias.

Capítulo 5

Sistema circulatorio

Ejercicios Ejercicios propuestos 1.

Si el doctor examina la sangre de una persona que ha vivido en altura por varios años, ¿qué situación(es) se podría esperar que encontrará en dicho examen?

2. Cuando un músculo realiza un trabajo con esfuerzo, es de esperar que la sangre libere el O2 que transporta unido a la hemoglobina de los glóbulos rojos en su dirección. Esto es producto de que al 1)

I) Aumento de la viscosidad. II) Aumento en la concentración de leucocitos. III) Aumento en la concentración de eritrocitos. A) B) C) D) E)

Solo I Solo II Solo III Solo I y II Solo I y III

aumentar el ejercicio disminuye la concentración de O2 disponible, aumentando la concentración de CO2.

2) aumentar la concentración de CO2 se acidifica el pH sanguíneo, favoreciendo la liberación de O2. 3) realizar ejercicio, la concentración de O2 disminuye en los músculos mientras en la sangre su concentración aumenta, favoreciendo la liberación de O2 en dirección a los músculos. 4) aumentar la concentración de CO2 en el músculo se produce la acidificación del medio, lo que obliga a la hemoglobina de la sangre a liberar el O2. Es (son) correcta(s) A) B) C) D) E)

1y3 1y4 2y3 1, 2 y 4 1, 2, 3 y 4

CPECH Preuniversitarios

229

capítulo

Ejercicios ¿Cuál de las siguientes secuencias de términos representa el orden correcto de recorrido de la sangre en la circulación menor? A) Ventrículo derecho - venas pulmonares pulmones - arterias pulmonares - aurícula izquierda. B) Aurícula derecha - arteria aorta - pulmones - venas pulmonares - aurícula izquierda. C) Ventrículo derecho - arteria pulmonar pulmones - venas pulmonares - aurícula izquierda. D) Ventrículo izquierdo - arteria pulmonar pulmones - venas pulmonares - aurícula izquierda. E) Aurícula derecha - arteria pulmonar pulmones - venas pulmonares - aurícula izquierda.

4. La coagulación sanguínea es función propia de los A) eritrocitos. B) glóbulos blancos. C) leucocitos. D) trombocitos. E) megacariocitos.

5. El ser humano, en su afán de conquistar nuevos medios, principalmente para probar su resistencia física, ha llegado a alturas extremas como las del Monte Everest (8.841,4 mt sobre el nivel del mar); pero se ha encontrado con una serie de problemas para poder establecerse y vivir allí una larga temporada. Según lo anterior, ¿cuál o cuáles son las dificultades que el ser humano enfrenta si quiere vivir en ambientes ubicados sobre los 3.000 mt de altura? I) La altura disminuye la producción de glóbulos rojos. II) Al aumentar la altura, disminuye la concentración de oxígeno. III) A mayor altura, aumenta la sensibilidad de los centros respiratorios. A) B) C) D) E)

Solo I Solo II Solo I y II Solo I y III I, II y III

Reconocimiento Reconocimiento

Comprensión

Alternativa

Número

Habilidad

CPECH

Aplicación

B D

230

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Respuestas correctas

Capítulo 6

SISTEMA RESPIRATORIO Aprendizajes Esperados

Definir el concepto de respiración. Identificar la estructura y función de los diferentes órganos del sistema respiratorio humano. Conocer y explicar los procesos involucrados en el intercambio gaseoso. Conocer las estructuras que participan en el intercambio gaseoso en plantas. Comprender los mecanismos con que el organismo se adapta al esfuerzo.

Si el oxígeno se difunde con lentitud a través de los tejidos, en un organismo con más de 1 mm de espesor, dicho gas no puede difundirse a través de las capas celulares con rapidez suficiente para mantener la vida. De esta manera se necesitan estructuras especializadas, como bronquios o pulmones.

capítulo

Sistema respiratorio

En los animales los sistemas que contribuyen al aporte de oxígeno (O2) y a la eliminación de dióxido de carbono (CO2) son el sistema cardiovascular y el sistema respiratorio. En cambio, en las plantas, el intercambio de gases con el ambiente se realiza a nivel de unas estructuras conocidas como estomas. Este capítulo se centra en los mecanismos de intercambio de gases, sus estructuras y el significado del oxígeno en la respiración celular. Primero estudiaremos la forma en que se realiza el intercambio de gases en animales, tomando como ejemplo, nuestro sistema respiratorio; y luego estudiaremos la forma en que las plantas, intercambian gases con su medio ambiente.

1. Intercambio gaseoso en animales 1.1 El sistema respiratorio humano El sistema respiratorio de los seres humanos y otros vertebrados, desde un punto de vista funcional, se divide en dos porciones: a) la porción conductora de aire, que comprende: nariz, faringe, laringe, tráquea, bronquios, bronquíolos y bronquíolos terminales, y b) la porción respiratoria, formada por los tejidos pulmonares en los que ocurre el intercambio gaseoso (alvéolos).

Cavidad nasal Cavidad oral Epíglotis

Membrana pleural

Pulmón

CPECH

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Músculos intercostales

232

Faringe

Laringe Tráquea Bronquíolos

Alvéolos Saco alveolar

Diafragma

Bronquíolo Conducto alveolar

Alvéolos

Capítulo 6

Sistema respiratorio

1.1.1 Porción conductora a. Nariz La nariz se divide en dos porciones: la porción externa y la porción interna. La porción externa está formada por una estructura de sostén compuesta por hueso y cartílago, los cuales están cubiertos por músculos, piel y revestimiento de mucosa. La porción interna, en cambio, es una gran cavidad ubicada en la parte anterior del cráneo, sobre la boca, la cual se denomina cavidad nasal. Cuando el aire ingresa a la nariz, es filtrado (gracias a la acción de gruesos pelos ubicados en los orificios nasales y al moco secretado por células ubicadas en la mucosa interna de la cavidad nasal), calentado a la temperatura corporal (gracias a los capilares superficiales de la mucosa) y humedecido (gracias al moco y a las lagrimas proveniente de los conductos lacrimales). Gracias a esto, el aire está listo para pasar a la siguiente zona del sistema respiratorio conocida como faringe, ubicada en la región posterior de la cavidad nasal.

b. Faringe La faringe o garganta es un conducto ubicado justo en la parte posterior de la boca y la nariz, sobre la laringe. La faringe constituye un conducto por el cual pasa el aire y los alimentos hacia la laringe y el esófago, respectivamente, así como una cámara de resonancia para la voz y el sitio donde se alojan las amígdalas (estas estructuras participan en respuestas inmunitarias contra microorganismos invasores). Una abertura en el piso de la faringe desemboca en la laringe, por la cual el aire fluye en dirección a los pulmones.

c. Laringe La laringe es un conducto corto que conecta la laringe con la tráquea, está ubicada en la línea media del cuello, por delante de las vértebras cervicales. Durante la deglución una placa de cartílago, conocida como epiglotis, automáticamente cierra la comunicación entre la laringe y la faringe, de modo que los alimentos y líquidos pasen al esófago y no a las vías respiratorias inferiores. Si este mecanismo de defensa falla y elementos extraños entran a la laringe, se activa el reflejo de la tos, que expulsa cualquier elemento extraño del aparato respiratorio.

faringe

d. Tráquea laringe

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tráquea La tráquea es un conducto tubular formado por 16 a 20 anillos de cartílago en forma de C, apilados uno encima de otro. La parte abierta de los cartílagos (zona cubierta por fibras de músculo liso y tejido conectivo elástico) está dirigida hacia el esófago. Esta disposición permite que el alimento fluya hacia el

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Dentro de la laringe están las cuerdas vocales (bandas de tejido elástico controladas por músculos). Cuando se produce la espiración, el paso del aire provoca que las cuerdas vocales vibren, produciéndose los sonidos del habla o del canto.Después de la laringe, el aire cavidad inhalado pasa a la tráquea. nasal

233

capítulo

estómago. La capa interna de la tráquea, la mucosa, está formada por un epitelio compuesto de células ciliadas y células productoras de moco (caliciformes), el cual cumple la función de evitar que el polvo y otras partículas pasen hacia los pulmones. Una vez cumplido este rol, el moco con los materiales atrapados es conducido hacia la faringe para ser eliminado.

e. Bronquios y bronquíolos Dentro del tórax a nivel de la vértebra torácica N° 5, la tráquea se divide en dos, dando origen a los bronquios primarios derecho e izquierdo, que se dirigen a los pulmones respectivos. Dentro de los pulmones, los bronquios primarios se subdividen en vías respiratorias cada vez más pequeñas, que dan origen a más de un millón de diminutos conductos denominados bronquíolos terminales. Cada bronquíolo desemboca en un racimo de numerosos sacos aéreos, conocidos como sacos alveolares. Estos sacos contienen entre 5 a 12 alvéolos rodeados por vasos sanguíneos. La función de los bronquios y bronquíolos es conducir el aire directamente hacia los alvéolos y eliminar toda partícula extraña gracias al moco producido y a la acción de los cilios que empujan este moco hacia las zonas superiores del aparato respiratorio.

Recuerda que las estructuras por las cuales debe pasar el aire al ingresar al sistema respiratorio son: Orificios nasales → Cavidad nasal → Faringe → Laringe → Tráquea → Bronquios → Bronquíolos → Alvéolos

1.1.2 Porción respiratoria a. Los pulmones Los pulmones son grandes órganos esponjosos ubicados en el interior de la caja torácica. Cada uno está cubierto por dos membranas, conocidas como pleuras, las cuales los envuelven y protegen. La capa más superficial reviste a la pared torácica y se denomina pleura parietal, mientras que la más profunda sirve como envoltura de ambos pulmones, la pleura visceral. Entre ambas existe un pequeño espacio, la cavidad pleural, el cual contiene un liquido lubricante que reduce la fricción y permite que se deslicen una sobre la otra durante la respiración.

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Debido a que el pulmón consiste principalmente en conductos aéreos y tejido elástico, es considerado un órgano elástico esponjoso con una gran superficie para el intercambio gaseoso.

234

b. Alvéolos Cada pulmón contiene cerca de 300 millones de alvéolos que miden entre 0,1 a 0,2 mm de diámetro. Por lo tanto, el área superficial interna que ambos pulmones ofrecen al intercambio gaseoso es de cerca de 80 m2.

Capítulo 6

Sistema respiratorio

Sabías que...

La pared de los alvéolos está formada por neumocito tipo I, las cuales forman una monocapa celular muy delgada, interrumpida por un tipo de células conocidas como neumocito tipo II.

Saco alveolar

Alvéolos

Los neumocitos tipo I son el sitio principal de intercambio gaseoso, mientras que los Capilares neumocitos tipo II secretan un líquido que mantiene húmeda la superficie entre las células y el aire. Además, podemos encontrar a un grupo de leucocitos conocidos como macrófagos alveolares, los cuales retiran las diminutas partículas de polvo y otros desechos de los espacios entre los alveólos. Alrededor de los alvéolos se forma una red de capilares sanguíneos que consta de una sola capa de células y membrana basal. De este modo, dado que tanto la pared alveolar como las paredes de los capilares adyacentes apenas tienen una capa de células de espesor, el aire está muy cerca de la sangre de los capilares. Por lo tanto, el intercambio de O2 y CO2 entre los espacios alveolares y la sangre ocurre por difusión a través de las paredes alveolar y capilar.

1.2 Fisiología de la respiración 1.2.1 Ventilación pulmonar La ventilación pulmonar, conocida comúnmente como respiración, es el proceso mediante el cual se lleva a cabo el intercambio de gases entre la atmósfera y los alvéolos pulmonares. El flujo de aire entre los pulmones y la atmósfera se debe a diferencias de presiones alternadas, que genera la contracción y relajación de los músculos de la respiración.

El liquido que secretan las células septales contiene una mezcla de fosfolípidos y lipoproteínas parecida a un detergente, conocida como factor surfactante. Este factor reduce la tensión superficial del líquido alveolar, por lo tanto, reduce la tendencia de los alvéolos al colapso (atelectasia). La cavidad torácica o tórax se encuentra rodeada por costillas, músculos pectorales, esternón, porción torácica de la columna vertebral y diafragma (ubicado en el piso del tórax). La porción central de la cavidad torácica es el mediastino, que se halla entre las cavidades pleurales, se extiende desde el esternón hasta la columna vertebral y a partir del cuello al diafragma; contiene todas las vísceras torácicas con excepción de los pulmones. Entre las estructuras situadas en el mediastino están el corazón, el esófago, la tráquea, el timo y algunos vasos sanguíneos.

La incorporación de aire se denomina inspiración y su eliminación se denomina espiración.

Pulmón

Diafragma Inspiración

Espiración

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Durante la inspiración, la cavidad torácica aumenta de volumen debido a la contracción de los músculos inspiratorios (diafragma y músculos intercostales), originando así una gradiente de presión que permite el ingreso del aire, constituyendo el primer movimiento respiratorio. En cambio, la espiración se produce como consecuencia de la relajación del diafragma y los músculos intercostales, provocando una reducción en el tamaño de la cavidad torácica, lo que incrementa la presión en los pulmones (2 a 3 mm de mercurio por sobre la presión atmosférica), generándose la salida del aire hacia el exterior. Luego la presión vuelve a su valor normal, quedando los pulmones listos para cargar nuevamente aire. Este tema será tratado en mayor profundidad en el curso de electivo de Biología.

Tráquea

235

Diafragma Inspiración

Espiración

capítulo

1.2.2 Respiración externa o hematosis Sabías que... Según la ley de Dalton, en una mezcla de gases, la presión total de ésta es la suma de las presiones parciales de los gases individuales. La presión de un gas específico en una mezcla de gases se llama presión parcial y se escribe como Px, donde x es la fórmula del gas. El aire atmosférico es una mezcla de gases como el nitrógeno (N2), oxígeno (O2), vapor de agua (H2O) y dióxido de carbono (CO2), además de otros, presentes en cantidades mínimas. La presión atmosférica es la suma de las presiones parciales de todos esos gases (PN2 = 597,4 mm Hg, Po2 = 158,8 mm Hg , Pco2 = 0,3 mm Hg)

La hematosis corresponde al intercambio de gases (O2 y CO2), entre el aire de los alvéolos pulmonares y la sangre de los capilares pulmonares. Debido a esto se produce la conversión de la sangre desoxigenada proveniente del corazón en sangre oxigenada (saturada con O2), que regresa al corazón a través de las venas pulmonares. El factor que determina el sentido y la rapidez de la difusión es la presión parcial de un gas específico. Durante la inspiración, entra en los alvéolos aire atmosférico que contiene altas concentraciones de O2, mientras que en la espiración se exhala aire con CO2 a la atmósfera. Ver tabla N° 1 Tabla N° 1: Composición del aire inspirado y aire espirado Oxígeno (O2)

Dióxido de carbono (CO2)

Vapor de agua (H2O)

Aire inspirado

21%

0,03%

Variable

Aire alveolar

13,6%

5,2%

Variable

Aire espirado

16%

4,5%

Muy abundante

La presión parcial de oxígeno del aire alveolar es de 105 mmHg. En reposo, su valor en la sangre desoxigenada que llega a los capilares pulmonares es cercano a 40 mmHg, y es incluso menor si se ha estado practicando ejercicio, debido que los músculos en contracción utilizan más O2. En virtud de esta diferencia en la PO2, ocurre la difusión neta de oxígeno de los alvéolos a la sangre de los capilares pulmonares (desoxigenada) hasta que se alcance el equilibrio. La PO2 de la sangre ya oxigenada aumenta a 100 mmHg. Al mismo tiempo, que el O2 difunde de los alvéolos a la sangre desoxigenada, el CO2 lo hace en dirección contraria, es decir, de la sangre a los alvéolos, donde está menos concentrado (la presión parcial de CO2 de la sangre desoxigenada es de 45 mmHg, en reposo) y del aire alveolar es de 40 mmHg. Ver tabla N° 2.

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Tabla N° 2: Contenido de O2 y CO2 en la sangre que llega (arterial) y sale (venosa) del pulmón

236

O2 en mmHg

CO2 en mmHg

Sangre arterial

Sangre venosa

100

Una vez realizado el intercambio de O2 y CO2 a nivel de los alvéolos, la sangre ahora oxigenada es conducida al corazón a través de las venas pulmonares. En el corazón, el ventrículo izquierdo bombea la sangre oxigenada por la aorta y demás arterias de la circulación general hasta que esta llega a los capilares que están en contacto con los tejidos.

Capítulo 6

Sistema respiratorio

Hematosis

PO2 = 105 mm Hg

Alvéolos

Pco2 = 40 mm Hg

Sangre desoxigenada

40 P O2 = Pco 2

Arteria pulmonar

= 46

PO = 2 10

CO2

Pco

g mH

Capilares

0 mm

= 40

Sangre oxigenada

Venas pulmonares

Corazón

Actividades 1. Define con sus propias palabras el término respiración, tanto desde el punto de vista celular como sistémico. 2. Explica la forma en la cual se lleva a cabo el intercambio gaseoso a nivel de los alvéolos. 3. Describe a través de un esquema el trayecto que sigue el aire inspirado y el aire espirado, en el aparato respiratorio. 4. Explica por qué la estructura y la disposición de los alvéolos en los pulmones los hacen aptos para el intercambio gaseoso.

1.2.3 Respiración interna

Preuniversitarios

Para analizar esta situación debemos considerar los siguientes antecedentes: “La respiración celular da por resultado la producción continua de CO2 y el empleo continuo de O2. En consecuencia, la concentración de este es menor en las células que en los capilares que entran en los tejidos, en cambio la concentración de CO2 es mayor en las células que en los capilares”. De este modo mientras la sangre circula por los capilares de un tejido, el O2 pasa por difusión simple desde la sangre hacia las células y el dióxido de carbono lo hace en dirección opuesta. Sin embargo, no todo el O2 sale de la sangre (entre un 20% a un 25% del O2 disponible), puesto que esta pasa por los capilares muy rápido para que se alcance un equilibrio.

CPECH

El intercambio de O2 y CO2 entre los capilares de la circulación general y las células se denomina respiración interna, en la cual se convierte la sangre oxigenada en desoxigenada.

237

capítulo

Luego, dicha sangre regresa al corazón, que la bombea a los pulmones para iniciar otro ciclo de respiración externa. Respiración Interna

extremo arterial

Capilar Sanguíneo

extremo venoso

Pco2 = 46 mm Hg

Pco2 = 40 mm Hg

Po2 = 40 mm Hg

Po2 = 100 mm Hg

CO2 O2

O2 CO2

CO2

Po2 = 40 mm Hg Pco2 = 46 mm Hg

Tejido Corporal Respiración celular: 6O2 Glucosa

38 ATP + 6CO2 + 6H2O

1.2.4 Transporte de gases a. Transporte de oxígeno (O2) En el pulmón, el O2 se difunde dentro del glóbulo rojo y se combina con la hemoglobina (Hb) para formar oxihemoglobina (cada molécula de hemoglobina puede unirse hasta con 4 moléculas de O2). La hemoglobina está formada por cuatro cadenas polipeptídicas y cuatro grupos Hem (pigmento), los cuales poseen en su interior un átomo de hierro. Cada uno de estos átomos se une a una molécula de O2. Gracias a la hemoglobina, nuestra sangre puede llevar unas 70 veces más O2 que el que podría transportar si este gas se disolviera en el plasma. Hb + O2

Oxihemoglobina

Transporte de oxígeno

238

3. Se difunde O2 a través de la pared del capilar del tejido.

Pulmón

2. Se lleva O2 a los tejidos unido a hemoglobina. células del cuerpo

CPECH

Preuniversitarios

1. Se difunde O2 a través de la pared del capilar pulmonar

Capítulo 6

Sistema respiratorio

b. Transporte de dióxido de carbono (CO2) En la sangre el CO2 se transporta de tres formas distintas. En el interior de los glóbulos rojos, cerca del 70% de CO2 reacciona con el agua para formar ión bicarbonato (HCO3-), el cual difunde hacia el plasma. Cerca del 20% del CO2 se une a la hemoglobina para viajar de regreso a los pulmones y el 10% restante permanece disuelto en el plasma. En los glóbulos rojos CO2 + H2O

CO2 + Hb

H2CO3 Ácido carbónico

H+ + HCO3Ion Bicarbonato

HbCO2 Carbaminohemoglobina

CO2

Transporte de dióxido de carbono

Disuelto en plasma

unido a hemoglobina

Células del cuerpo

HCO3 como bicarbonato Pulmón

2. Se lleva CO2 a los pulmones. 3. Se difunde CO2 a través de la pared del capilar pulmonar.

1. Se difunde CO2 a través de la pared del capilar del tejido.

Sabías que... El monóxido de carbono (CO) es un gas tóxico que se produce por combustión, por ejemplo, en motores, calderas y cigarrillos, cuando no se quema totalmente para formar CO2. En niveles elevados, el CO es mortal, debido a que se une con la hemoglobina en el mismo lugar que lo hace el oxígeno y de manera 200 veces más tenaz. Una persona puede morir si respira aire con tan solo 0,1% de CO.

Carboxihemoglobina

HbCO

CPECH

CO + Hb

Preuniversitarios

239

capítulo

Actividades 1. Compara la composición de gases que presenta el aire inspirado y espirado, y plantea una explicación para estos cambios. Para ello debe basarse en la tabla N° 1. 2. Compara la composición de gases de la sangre a la entrada y salida de los pulmones y plantea una explicación para estos cambios. Para ello debes basarte en la tabla N° 2 de la página 236. 3. Realiza un esquema que muestre un alvéolo en contacto con un capilar y mediante flechas, indique cómo se realiza el intercambio de O2 y CO2. Luego establece una relación entre este proceso y la composición de gases del aire inspirado y espirado. 4. ¿Cómo se transporta O2 y CO2 a través de la sangre? Explique brevemente. 5. Completa las siguientes oraciones: a. El proceso por el cual se intercambian gases entre la atmósfera y los alvéolos se denomina________________. b. El oxígeno pasa de los alvéolos a la sangre por ___________, en cambio, el___________ lo hace en sentido inverso. c. El CO2 se transporta principalmente en forma de__________ y el oxígeno lo hace en forma de _____________. d. La ventilación pulmonar, conocida comúnmente como___________, consiste en dos mecanismos ____________ y _____________.

2. Metabolismo celular La vida en la Tierra es sostenida por el Sol. De la energía emitida por este, aproximadamente el 1% es retenido por los vegetales en forma de energía química, lo que a su vez permite la sobrevivencia del resto de los organismos en el planeta. La totalidad de las transformaciones bioquímicas que ocurren en un organismo, ya sea en el sentido de la fabricación, o bien de la degradación, se denomina metabolismo. El metabolismo tiene la función de obtener la energía química del ambiente, ya sea a partir de reacciones químicas inorgánicas o de la energía luminosa, por ejemplo los autótrofos, como los organismos fotosintéticos o bien a partir de los nutrientes fabricados por otros organismos, como los heterótrofos.

CPECH

Preuniversitarios

En ambos casos la energía liberada se utiliza en la fabricación de las macromoléculas que rigen la estructura y función celular: proteínas, lípidos, carbohidratos y ácidos nucleicos.

240

2.1 Fases del metabolismo El metabolismo es el conjunto de reacciones químicas que se dan en un organismo vivo. Las reacciones químicas son mediadas por las enzimas y ocurren de una manera ordenada. Puede ser una secuencia lineal (vía metabólica) como la glucólisis o, de una manera cíclica (ciclo metabólico), como el ciclo de Krebs. Los compuestos químicos intermedios constituyen los metabolitos.

Capítulo 6

Sistema respiratorio

En el metabolismo se distinguen 2 tipos de reacciones químicas: las catabólicas y las anabólicas.

a. Reacciones catabólicas Son todas aquellas reacciones que se caracterizan por la oxidación de un sustrato, que puede ser un monosacárido (glucosa), un aminoácido o un ácido graso. Las reacciones catabólicas son exergónicas, porque liberan energía. A+B

C + D + Energía

b. Reacciones anabólicas Son todas aquellas reacciones que requieren energía para sintetizar moléculas y macromoléculas necesarias para el funcionamiento celular, que se caracterizan por la reducción de un sustrato. Las reacciones anabólicas requieren del suministro de energía, por tanto, son endergónicas. Las reacciones del anabolismo son endergónicas, porque gastan energía:

A + B + Energía

C+D

Sabías que... - Oxidación: Es la pérdida del electrón de un átomo, ion o molécula. - Reducción: Es la ganancia de un electrón de un átomo, ion o molécula. La oxidación y la reducción ocurren simultáneamente y el electrón perdido por un reactante es transferido a otra sustancia (reacción Redox).

Ambas reacciones están íntimamente relacionadas, ya que la energía que se produce durante el catabolismo, así como las moléculas precursoras que se obtienen, son necesarias para el desarrollo de las reacciones del anabolismo. De esta forma, podemos afirmar que el catabolismo y el anabolismo forman parte de un reciclado y renovación de los constituyentes de la célula. Las moléculas que están dentro de la célula se degradan todo el tiempo y se reemplazan por moléculas recién sintetizadas.

CPECH Preuniversitarios

En conjunto ambas reacciones desempeñan las siguientes funciones: obtención de energía química a partir de la degradación de biomoléculas, como glúcidos, lípidos y proteínas; obtención de moléculas precursoras, es decir, moléculas indispensables para la síntesis de las biomoléculas como monosacáridos, ácidos grasos y aminoácidos; síntesis de biomoléculas como glúcidos, lípidos y proteínas.

241

Proteínas

Carbohidratos

Lípidos

Aminoácidos

Monosacáridos

Ácidos grasos

Catabolismo

capítulo

Acetil Co – A

Proteínas

Monosacáridos

Carbohidratos

Ácidos grasos

Anabolismo

Aminoácidos

Lípidos

2.2 Leyes de la termodinámica Los procesos celulares obedecen a leyes físicas y químicas, que explican el complejo orden que lleva al desarrollo y sobrevivencia de los organismos vivos. La célula es un sistema abierto que está en permanente intercambio energético con el medio externo. a. Primera ley de termodinámica En todo proceso ocurren transformaciones de energía, pero la energía total se mantiene constante. De otro modo se puede decir que la energía no se crea ni se destruye, solo se transforma. Un buen ejemplo es la oxidación de la glucosa: C6H12O6 + 6O2

6CO2 + 6H2O

El número de átomos de C, H y O se conserva al inicio y al final del proceso. Todo lo que ocurrió fue que se extrajo energía (ATP) de los enlaces que forman a la molécula de glucosa.

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Preuniversitarios

b. Segunda ley de termodinámica

242

Esta ley establece que en las transformaciones químicas ninguna es 100% eficiente, ya que en cada una se libera algo de energía como calor. Por ejemplo, no toda la energía luminosa que llega a una planta se transforma en energía química, pues una parte se transforma en calor. En el caso de las biomoléculas, las cuales están formadas por esqueletos hidrocarbonados, los enlaces C-C y C-H son muy energéticos, pero el estado más estable de los átomos de carbono e hidrógeno es el dióxido de carbono y el agua, respectivamente, puesto que estos son menos energéticos.

Capítulo 6

Sistema respiratorio

2.3 Catabolismo y respiración celular El catabolismo está representado principalmente por el conjunto de reacciones que integran la respiración celular, proceso por el cual se degradan los nutrientes, principalmente la glucosa, pero también los aminoácidos y ácidos grasos. Las reacciones que se llevan a cabo en este proceso son de tipo oxidativas. La respiración aeróbica es la oxidación de glucosa a CO2 y H2O con presencia de O2. La importancia del proceso radica en el papel central que desempeña el catabolismo. Algunas de las etapas de la oxidación de glucosa son comunes al catabolismo de los ácidos grasos y los aminoácidos. La glucólisis es la lisis de la glucosa. Se lleva a cabo en el citoplasma celular, en ausencia de O2, es decir, en condiciones anaeróbicas, es independiente de la concentración de oxígeno. En esta etapa la molécula de glucosa de seis carbonos se divide en dos moléculas de 3 carbonos llamadas ácido pirúvico o piruvato. Como resultado de esta división, se obtienen moléculas ricas en energía como el ATP (se forman específicamente 2 ATP) y poder reductor el NADH. El piruvato es el resultado de la glucólisis que según las condiciones del medio (ausencia o presencia de oxígeno) se seguirá degradando.

2.3.1 Ausencia de Oxígeno H

O C

2 ATP

2 ADP + 2 Pi

H C OH

También llamada condición anaeróbica, genera las condiciones para el proceso denominado fermentación. La cual es una estrategia catabólica para utilizar una fuente de energía en ausencia de un aceptor externo de electrones. En esta vía alternativa el ácido pirúvico producido por la glucólisis puede ser convertido, por ejemplo, en etanol por medio de la fermentación alcohólica, la cual ocurre en algunos tejidos vegetales y levaduras, o en ácido láctico por medio de la fermentación láctica, la que ocurre en tejidos como el músculo esquelético y en algunos

HO O C C O

OH C H

CH3

H C OH

Ácido pirúvico

H C OH CH2 OH Glucosa HO

2 NADH

2 NAD+

C H C OH CH3 2 Ácido láctico

procariontes. La fermentación permite regenerar el NAD+ para que continúe realizándose la fase productora de ATP de la glucólisis. La fermentación se considera un proceso energéticamente pobre. H

O C

H C OH

2 ADP + 2 Pi

2 ATP

C O CH3

H C OH

Ácido pirúvico

H C OH

H C OH CH3 Etanol

2 NADH 2 CO2 2H O C CH3 Acetaldehido

Preuniversitarios

2 NAD+

CPECH

OH C H

CH2 OH Glucosa

HO O C

243

capítulo

2.3.2 Presencia de oxígeno También llamada condición aeróbica. Se sigue el proceso oxidativo, cuya finalidad es obtener la mayor cantidad de ATP posible. a. Acetilación En este proceso se degrada al ácido pirúvico hasta acetil coA, llevándose a cabo en la matriz mitocondrial.

b. Ciclo de Krebs También llamado ciclo del ácido cítrico. Se lleva a cabo en la matriz mitocondrial. Es una secuencia cíclica de reacciones, en la cual el acetil CoA (acetil-CoA) que se obtuvo del catabolismo del piruvato en presencia de O2, se oxida liberando CO2, H2O, y poder reductor formado a partir de las coenzimas NAD+ y FAD+, que se convierten respectivamente en NADH y FADH2, que son moléculas donadoras de electrones a la cadena de transporte de electrones para que esta sintetice ATP. Esta es una vía anfibólica, es decir, es una ruta que se utiliza tanto en procesos catabólicos como en procesos anabólicos, puesto que los compuestos integrantes del ciclo son puntos de partida para la biosíntesis de carbohidratos, ácidos grasos, muchos aminoácidos y otros compuestos de importancia bioquímica. Constituyen también una vía común final para la degradación aeróbica de los productos del catabolismo de carbohidratos lípidos y aminoácidos.

d. Transporte de electrones y síntesis de ATP Recibe el nombre de cadena de transporte de electrones o cadena respiratoria. Se lleva a cabo en la membrana mitocondrial interna, implica la oxidación liberadora de energía. El NADH y FADH2 son moléculas reducidas que donan sus electrones a la cadena transportadora de electrones (se oxidan), cuyo último aceptor es el oxígeno.

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Preuniversitarios

El funcionamiento de la cadena de transporte de electrones se puede explicar según la teoría quimiosmótica de Mitchell, la cual postula que la transferencia de electrones va acompañada del transporte de protones desde la matriz mitocondrial hacia el espacio intermembrana. El aporte de protones al espacio intermembrana produce un gradiente de cargas eléctricas y de pH entre el espacio y la matriz, llamado potencial electroquímico. Este potencial electroquímico proporciona la energía necesaria para que la ATP sintetasa forme ATP, proceso completo que recibe el nombre de fosforilación oxidativa.

244

Capítulo 6

Sistema respiratorio

citoplasma CO2

CO2

glucosa

acetil coenzima A

ATP

piruvato

4 piruvato

ATP

ácido láctico

coenzimas

crestas mitocondriales

mitocondria O2 O2

Glucólisis

Acetilación

Fermentación láctica

Ciclo de Krebs

Ingreso del piruvato a la mitocondria

Fosforilación oxidativa

Glucólisis

Formación de acetilcoenzima A

Ciclo del ácido cítrico

Transporte de electrones y fosforilación quimiosmótica

Glucosa

Mitocondria

Piruvato

Acetilcoenzima A

2 ATP

Ciclo del ácido cítrico

Transporte de electrones y quimiósmosis

34 ATP

2 ATP

Fotosíntesis y anabolismo celular Las reacciones se resumen así:

Energía solar

6 CO2+ 6 H2O

C6H12O6 + 6O2

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El anabolismo está representado en la síntesis de moléculas complejas a partir de moléculas simples, proceso que se estudia en la fotosíntesis, en la cual se obtienen moléculas orgánicas a partir de energía lumínica y de moléculas inorgánicas como CO2 y H2O. La fotosíntesis es la transformación de la energía luminosa en energía química. Se lleva a cabo al interior de un organelo especializado en este proceso, el cloroplasto, y se divide en dos etapas: fase clara y fase oscura.

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2.4 Anabolismo celular y fotosíntesis

245

capítulo

a. Fase clara o reacciones que capturan energía Esta es una fase dependiente de luz, por lo cual se requiere una fuente de energía, la luz; pigmentos como la clorofila, capaces de capturar la energía de la luz, agrupados en sistemas de pigmentos en la membrana de los tilacoides, llamados fotosistema I y fotosistema II; cadenas de transporte de electrones que permiten el flujo de electrones, extraídos del agua, que es el dador de electrones hacia el aceptor de electrones que es el NADP+. Esta parte de la reacción implica la captura de energía de la luz y la fotólisis del agua, rompiendo a la molécula en electrones, protones y oxígeno. Como consecuencia del transporte de electrones, se produce el bombeo de protones desde el estroma hacia el espacio tilacoidal, lo cual genera un gradiente eléctrico y de pH, es decir, un potencial electroquímico. Este gradiente permite la síntesis de dos moléculas importantes para la etapa oscura: ATP y NADPH. El proceso recibe el nombre de fotofosforilación.

b. Fase oscura o reacciones que fijan carbono Esta es una fase independiente de la luz que se lleva a cabo en el estroma del cloroplasto, en la cual utilizando los productos de la fase clara ATP y NADPH, se reducirá el carbono inorgánico (CO2) en carbono orgánico (C6H12O6). Este proceso se lleva a cabo a través de una secuencia de reacciones cíclicas conocido como Ciclo de Calvin. Grana

Cloroplasto

Estroma Tilacoide

Cic ADP

lo de Calv in

Carbohidratos

Reacciones de fijación de carbono ATP

Reacciones fotodependientes

NADP+

NADPH+

CO2

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H2O

246

Actividades 1. Dibuja un cloroplasto, indicando todas sus membranas y compartimientos. ¿En qué forma la estructura del cloroplasto se asemeja y difiere de la mitocondria? 2. Investiga y explica en qué consiste el proceso metabólico de fermentación.

Capítulo 6

Sistema respiratorio

3. Intercambio de gases en vegetales Los vegetales así como los animales respiran intercambiando oxígeno y dióxido de carbono con el ambiente, pero estos lo hacen a través de estructuras especializadas conocidas como estomas. Para conocer cómo se lleva a cabo este mecanismo, revisaremos la estructura básica de una planta vascular tipo Angiosperma (planta con flores).

Flores: Estructura reproductora

Hoja: Estructura fotosintética

Tallo: Estructura de conducción y soporte Nodo (zona de insercción de la hoja) Raíz primaria persistente Raíces ramificantes

Órganos que fijan la planta al suelo y absorben agua y nutrientes esenciales de él.

Las plantas son organismos fotosintéticos multicelulares adaptados a vivir en tierra firme. Como en otros organismos, la unidad estructural y funcional básica de las plantas es la célula, siendo las células que conforman el parénquima las que se encuentran más frecuentemente en el cuerpo de la planta. Las células parenquimáticas presentan diversos organelos como las mitocondrias y otros conocidos como plastidios (exclusivos de las células vegetales). Estos organelos se clasifican como cromoplastos o plastidios con color (ejemplo, cloroplastos) y leucoplastos o plastidios sin color. Además de la fotosíntesis, las células parenquimáticas desempeñan una variedad de funciones esenciales en la planta, que incluyen la respiración y el almacenamiento tanto de alimento como de agua.

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Las hojas son el lugar donde se desarrolla principalmente la fotosíntesis. Por ello, están formadas de diversos tejidos a fin de optimizar el proceso.

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247

capítulo

Luz Normal

Mesófilo

Cutícula Epidermis superior Parénquima en empalizada Parénquima esponjoso Epidermis inferior Cutícula

Estoma Pelos epidérmicos

Típicamente, la epidermis de la hoja está cubierta de pequeños poros, conocidos como estomas, los cuales son de gran importancia para el intercambio gaseoso. Estos son particularmente numerosos en la epidermis inferior de las hojas orientadas horizontalmente, y en muchas especies solo se localiza en la epidermis inferior. Esta característica reduce la pérdida de agua, puesto que los estomas de la epidermis inferior están protegidos de la luz solar directa.

Células oclusivas

Haz vascular

Organización de los estomas Abierto

Células

Cada estoma está rodeado por dos células epidérmicas especializadas que reciben el nombre de células oclusivas, encargadas de la apertura y cierre de estos poros.

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La difusión de los gases, incluyendo al vapor de agua, hacia el interior y exterior de la hoja, es regulada por los estomas, los cuales se abren y se cierran por la acción de las células oclusivas. Cuando a estas llega agua procedente de las células adyacentes, se tornan turgentes (se hinchan) y sus paredes celulares internas se doblan hacia el centro, formando un poro. En cambio, cuando las células oclusivas pierden agua, se tornan flácidas, colapsándose entre sí, cerrando el poro.

248

oclusivas

Cerrado

Diversos factores concurren a regular la apertura y cierre de estomas, los cuales incluyen el estrés hídrico, la concentración de dióxido de carbono, la temperatura y la luz. Por otro lado, debemos reconocer que las plantas al igual que los animales respiran, tomando oxígeno del aire y expulsando dióxido de carbono, proceso también realizado a través de los estomas.

Capítulo 6

Sistema respiratorio

Haz vascular Epidermis

Luz

superior

Fotosíntesis

Durante el día la cantidad de CO2 que desprenden como consecuencia de la respiración es menor que la que absorben para realizar la fotosíntesis, y el oxígeno que adquieren también es menor que el que se desprende. La respiración se realiza continuamente, tanto por el día como por la noche, desarrollándose sobre todo en las hojas y en los tallos verdes. Por lo tanto, como producto de la respiración, tanto las plantas como los animales desprenden dióxido de carbono. Por ello, las plantas favorecen el equilibrio que tiene que existir entre el oxígeno y el dióxido de carbono de la atmósfera.

CO2

Estomas Epidermis H2O y O2 inferior

Sabías que... La función principal de las hojas es recolectar energía proveniente del sol y convertirla en energía química almacenada en moléculas orgánicas como la glucosa. En este proceso, conocido como fotosíntesis, las plantas captan moléculas relativamente sencillas, (CO2 y H2O) convirtiéndolas en azúcares, liberando O2 como producto. El azúcar obtenido es utilizado de dos maneras: en primer lugar, es degradado durante la respiración aeróbica (respiración celular) para liberar la energía química almacenada en sus enlaces y aprovecharla en diversas actividades celulares. En segundo lugar, las moléculas de azúcar aportan a la célula los materiales de construcción básicos para la formación de moléculas como el almidón, celulosa y otras moléculas orgánicas.

Actividades 1. Explica la forma en que las plantas llevan a cabo el intercambio de gases con el medio externo y luego compáralo con la ventilación pulmonar realizada por los animales. 2. ¿Qué son los estomas? y ¿qué rol cumplen?

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4. Explica de qué manera se realiza el intercambio de gases CO2, vapor de agua y oxígeno a nivel de los estomas.

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3. ¿De qué manera influye la temperatura, el viento y la cantidad de agua que posee una planta en la apertura y cierre de estomas?

249

capítulo

4. Adaptación del organismo al esfuerzo: ejercicio y su relación con el sistema cardiovascular y el sistema respiratorio

Cuando el organismo es sometido a un esfuerzo como es el realizar ejercicio, se hace necesario el ajuste de su funcionamiento con el fin de proporcionar O2 suficiente para cubrir las necesidades de los músculos que participan de dicho esfuerzo. Estos ajustes son:

a. Descarga simpática masiva Como consecuencia de la estimulación simpática el corazón aumenta su frecuencia y fuerza de contracción. Las arteriolas de la circulación periférica (con excepción de la circulación coronaria y cerebral) se contraen; en tanto, las arteriolas de los músculos participantes del esfuerzo se vasodilatan, estimulando al corazón para aumentar el flujo sanguíneo temporalmente en su dirección. Finalmente las delgadas paredes musculares de venas y de otras zonas de capacitancia de la circulación se contraen, aumentando la presión media sistólica, lo que favorece el retorno sanguíneo venoso.

b. Aumento de la presión arterial durante el ejercicio Esto es consecuencia de: 1) vasoconstricción de las arteriolas, con la excepción de las que se encuentran en los músculos activos, 2) aumento del bombeo cardíaco y 3) aumento de la presión media de llenado sistémico causado principalmente por contracción venosa. Dependiendo del tipo de ejercicio y las condiciones en que se realiza, el aumento de presión puede variar entre 20 mm a 80 mmHg sobre el normal. En términos generales, podemos decir que el ejercicio eleva un 30% la presión normal, lo que implica un incremento del 30% de fuerza para impulsar sangre, aumentando en un 100% el flujo sanguíneo.

c. Aumento del gasto cardíaco Este incremento es de 6 a 7 veces sobre el normal en ejercicio y es esencial para aportar la gran cantidad de O2 y otros nutrientes que necesitan los músculos que están trabajando. Si bien es cierto el sistema cardiovascular tiene por función llevar a los tejidos el O2 necesario, es el sistema respiratorio el que capta O2 y libera Co2 , el cual depende tanto de la difusión como del transporte a través de la sangre. Durante el esfuerzo el organismo humano puede llegar a requerir 20 veces la cantidad normal de O2.

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Preuniversitarios

4.1 Captación y liberación de O2 por la sangre durante el ejercicio

250

Mientras se realiza un ejercicio vigoroso el gasto cardíaco aumenta, por lo que el tiempo de permanencia de la sangre en el capilar alveolar se reduce a menos de la mitad, lo cual nos podría hacer pensar que la oxigenación de la sangre será insuficiente, sin embargo, la sangre sigue estando casi saturada al salir del pulmón. Esto se explica porque la difusión a través de la membrana del capilar continúa, producto de que: • Las células musculares usan más O2 del normal cuando están en período de esfuerzo. • La presión de O2 del líquido intersticial desciende de lo normal en condiciones de reposo (15 mmHg), por lo que solo quedan unidos a la hemoglobina 4,4 mm de O2 por cada 100 mililitros de sangre.

Capítulo 6

Sistema respiratorio

• El gasto cardíaco ha aumentado 6 a 7 veces (esto en corredores de maratón) sobre el normal; multiplicando el valor del punto anterior por el gasto cardíaco, se obtiene un aumento de 20 veces en el transporte de O2 a los tejidos. • La difusión de la sangre a los tejidos se ve facilitada por el hecho de que la presión de O2 de los músculos en ejercicio está bajo el nivel normal, favoreciendo la disociación de la hemoglobina de la sangre. • Durante el esfuerzo se liberan altas cantidades de CO2 que unido a la liberación de varios ácidos disminuye el pH (7,3), lo que también disocia al O2 de la hemoglobina. • La temperatura del músculo en ejercicio se eleva de 2 a 3ºC sobre la temperatura normal, lo cual también favorece la disociación de O2 desde la sangre hacia los tejidos que están trabajando.

CPECH Preuniversitarios

251

capítulo

Conceptos fundamentales

1. Aire atmosférico: Mezcla de gases, como O2, CO2, N2, vapor de agua, entre otros. 2. Carboxihemoglobina: Compuesto formado por la unión entre la hemoglobina y el monóxido de carbono. 3. Difusión simple: Proceso pasivo en el cual las moléculas a transportar no requieren energía bajo la forma de ATP. Este tipo de transporte es utilizado por moléculas de pequeño tamaño como los gases y moléculas solubles en lípidos, para ello atraviesan las bicapas lipídicas de las membranas celulares. 4. Estomas: Poro ajustable en la epidermis de una hoja o de alguna región verde de una planta. Estos poros regulan el intercambio de CO2, H2O y O2, entre la planta y el medio externo. 5. Gasto cardíaco: Cantidad de sangre expulsada por el corazón durante un minuto. 6. Hematosis: Intercambio gaseoso realizado entre los alvéolos y la sangre de los capilares pulmonares. 7. Presión parcial de un gas: Presión que ejerce cada gas en una mezcla de gases como es el caso del aire atmosférico. 8. Respiración: Proceso de intercambio gaseoso realizado entre los pulmones y el medio externo. 9. Respiración celular: Conjunto de reacciones aeróbicas llevadas a cabo en las mitocondrias. En estas reacciones, se degrada completamente la glucosa, obteniéndose de ella ATP, CO2 y agua.

CPECH

Preuniversitarios

10. Sistema nervioso autónomo: Parte del sistema nervioso periférico de los animales vertebrados, que regula respuestas de tipo involuntarias, como regular la fuerza y frecuencia de contracción del corazón.

252

Órgano

Tejido

Respiración interna

permite que...

Respiración celular: utilización de oxígeno para producir energía en forma aeróbica

Aumentar la presión de O2 y reducir la de CO2

Cavidad nasal Faringe Laringe Tráquea Bronquios Bronquiolos

que...

permite...

estructurados por...

Pulmones

formada por...

Zona de intercambio

Hematosis o respiración externa

Bronquiolos respiratorios

conduce el aire a...

formada por...

Organismo

formada por...

Zona de conducción

Respiratorio

Sistema

que favorece...

el significado que tiene es...

Bronquios

Tráquea

Pulmones

Epitelio plano simple

Epitelio cilíndrico ciliado

CPECH

Preuniversitarios

Ventilación: intercambio de gases alvéolo capilar

Célula

Célula ciliada

Neumocito tipo II

Neumocito tipo I

Superficie de 80 m2 Membrana delgada, húmeda e irrigada

características...

Alvéolos

Capítulo 6

Sistema respiratorio

253

capítulo

Ejercicios

Preguntas resueltas 1. El aire atmosférico al penetrar a los alvéolos se A) enriquece en oxígeno, en dióxido de carbono y en vapor de agua. B) empobrece en oxígeno y se enriquece en dióxido de carbono y en vapor de agua. C) enriquece en oxígeno y se empobrece en dióxido de carbono y vapor de agua. D) enriquece en oxígeno y dióxido de carbono y se empobrece en vapor de agua. E) empobrece en oxígeno y en vapor de agua y se enriquece en dióxido de carbono.

Correcta: B Habilidad: Comprensión. Defensa: El aire atmosférico al penetrar en los alvéolos se empobrece en O2 y se enriquece en CO2 y vapor de agua, gracias a la hematosis.

2. La intoxicación por monóxido de carbono se debe a que este gas A) se disuelve en los tejidos del pulmón. B) se combina con la hemoglobina con enlaces más estables que el oxígeno. C) estimula excesivamente a los centros respiratorios. D) reduce la incorporación de oxígeno a los pulmones. E) se difunde rápidamente a través de los tejidos.

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Correcta: B Habilidad: Reconocimiento. Defensa: La intoxicación por CO se produce debido a que este gas se combina con la hemoglobina a nivel del grupo Hem en forma muy estable.

254

3. En el proceso respiratorio es importante que la hemoglobina forme un compuesto inestable con el oxígeno, porque I)

permite la entrega fácil de O2 a nivel de los tejidos. II) permite la rápida absorción de O2 a nivel de los alvéolos pulmonares. III) la cantidad de O2 que puede combinarse con la hemoglobina depende de la presión parcial de oxígeno en el plasma. Es (son) correcta(s) A) B) C) D) E)

solo I. solo III. solo I y II. solo I y III. solo II y III.

Correcta: A Habilidad: Comprensión. Defensa: Es importante que la hemoglobina forme un compuesto inestable con el oxígeno, porque de esa manera el O2 se puede entregar en forma rápida y eficiente a los tejidos.

4. La cantidad del O2 transportado desde los pulmones a los tejidos depende I) del flujo sanguíneo. II) de la concentración de hemoglobina. III) de la afinidad de la hemoglobina por el O2. Es (son) correcta(s) A) solo I. B) solo II. C) solo III. D) solo I y II. E) I, II y III. Correcta: E Habilidad: Comprensión. Defensa: La cantidad de O2 transportado desde los pulmones a los tejidos depende del flujo sanguíneo, de la concentración de hemoglobina (150g/ 100 mL. de sangre) y de la afinidad de hemoglobina por el O2 (20 mL. de O2 / 100 mL. de sangre), principalmente.

Capítulo 6

Sistema respiratorio

Ejercicios 5. En relación del intercambio de gases respiratorios a nivel de los alvéolos, se puede afirmar que I) se verifica por simple difusión pasiva. II) está facilitada por las diferencias de concentración de gases a ambos lados de la membrana alvéolo capilar. III) es mantenido por la circulación de sangre en los capilares. A) B) C) D) E)

Solo I Solo II Solo I y III Solo II y III I, II y III

Correcta: E. Habilidad: Comprensión. Defensa: La membrana alvéolo-capilar es delgada y para facilitar el proceso de hematosis los gases la atraviesan solo por difusión gracias a las diferencias de concentración entre el alvéolo y el capilar. Además, los alvéolos están ricamente irrigados.

Ejercicios propuestos 1. Cuando la actividad muscular aumenta, es necesario que aumente el aporte de oxígeno hacia este tejido, lo cual se logra cuando I)

A) B) C) D) E)

solo I. solo II. solo I y II. solo I y III. solo II y III.

I) La altura disminuye la producción de glóbulos rojos. II) A mayor altitud disminuye la presión parcial de oxígeno. III) A mayor altitud se dificulta la difusión de los gases. A) B) C) D) E)

Solo I Solo II Solo III Solo I y II Solo II y III

3. La insuficiencia respiratoria se define como una presión parcial de oxígeno en la sangre arterial por debajo de 60 mmHg. Esta situación pone en peligro la vida de un individuo, porque A) aumenta la frecuencia respiratoria. B) aumenta la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno. C) disminuye el porcentaje de saturación de la hemoglobina. D) aumenta el pH sanguíneo. E) aumenta la afinidad de la hemoglobina por el monóxido de carbono.

4. Un gas cuya concentración en el aire inspirado es igual a la del aire espirado es I) CO2. II) N2. III) O2. A) B) C) D) E)

Solo I Solo II Solo III Solo I y II Solo II y III

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Es (son) correcta(s)

¿Cuál(es) de las siguientes situaciones hacen imposible que el hombre pueda vivir por largas temporadas a grandes alturas (sobre 6000 m.s.n.m)?

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el oxígeno a nivel muscular disminuye su concentración, aumentando el gradiente con respecto a la sangre. II) el metabolismo muscular genera una mayor cantidad de dióxido de carbono que disminuye la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno, pasando más fácilmente al músculo. III) la concentración de dióxido de carbono en la sangre disminuye, con lo cual el oxígeno pasa más fácilmente al tejido muscular.

255

capítulo

Ejercicios

5. ¿Cuál de las siguientes alternativas es correcta en cuanto a la sangre que pasa por los alvéolos? A) Entrega la totalidad de su contenido de CO2. B) Oxida la Hb formando meta hemoglobina, transportando O2 a los tejidos. C) Capta mayor cantidad de O2 mientras más CO2 contiene. D) Entrega más CO2 mientras mayor es la saturación de la Hb con O2. E) Disminuye su pH por entregar CO2 a los alvéolos.

Reconocimiento

Comprensión

Alternativa

Número

Habilidad

CPECH

Comprensión

256

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Respuestas correctas

Capítulo 7

SISTEMA EXCRETOR Aprendizajes Esperados

Definir el concepto de excreción. Reconocer las principales estructuras o sistemas que intervienen en el proceso de excreción. Identificar los componentes del sistema renal y del nefrón. Explicar la importancia de la filtración reabsorción y secreción renal en la excreción. Analizar el mecanismo de formación de la orina. Identificar la composición normal y anormal de la orina.

arteria renal

nefrona

médula renal vena renal

capítulo

pelvis renal corteza renal

Los aparatos excretores mantienen la homeostasis al ajustar de manera selectiva las concentraciones de sales y otras sustancias en la sangre y demás líquidos corporales. En los mamíferos, los riñones son los principales órganos excretores, al encargarse de la excreción de casi todos los desechos nitrogenados.

pelvis renal

uréter a la vejiga

Sistema excretor

Introducción Las células del organismo, tal como las secciones de una gran fábrica, no solo requieren de energía y materias primas para su correcto funcionamiento, sino también de un sistema que sea capaz de eliminar todos los desechos que se producen durante su actividad. Los procesos normales del metabolismo celular producen un conjunto de sustancias inútiles o tóxicas para las células cuando su concentración aumenta más allá de lo debido.

Los principales productos metabólicos de desecho que vierten las células son dióxido de carbono (CO2) y compuestos nitrogenados, principalmente amoníaco (NH3), ácido úrico y urea. El amoníaco se obtiene de la desaminación de los aminoácidos (eliminación del grupo amino). Al ser este muy tóxico, en el ser humano es convertido en un desecho menos tóxico, como ácido úrico o urea. Es el principal producto de desecho nitrogenado en peces. El ácido úrico se produce por la degradación de nucleótidos procedentes de los ácidos nucleicos y a partir de amoníaco. Este elemento es insoluble en agua y forma cristales que pueden ser excretados como una pasta cristalina con escasa pérdida de agua. Es el principal producto de desecho en aves y reptiles.

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La urea es una sustancia de desecho menos tóxica que el amoniaco, de modo que puede acumularse en mayores concentraciones sin causar lesión tisular; así puede excretarse en forma más concentrada. En los mamíferos, los riñones son los principales órganos excretores, que se encargan de la excreción de casi todos los desechos nitrogenados, y ayudan a conservar el equilibrio hídrico ajustando el contenido de sal y agua en la orina. Es el principal producto nitrogenado de desecho en anfibios (ejemplo, sapos) y mamíferos, produciéndose principalmente en el hígado a partir de amoníaco.

258

En el caso de los animales terrestres, como los mamíferos, estos desechos se envían a la sangre. Para este caso, lo más importante de ella es el plasma sanguíneo, que constituye solo el 7% del total de los fluidos corporales, puesto que la regulación de su composición es un factor clave de la regulación del ambiente interno químico de todo vertebrado, lo que implica la resolución de tres problemas diferentes, pero entrelazados: - Excreción de los desechos metabólicos. - Regulación de las concentraciones de iones y otros compuestos químicos - Mantener el balance hídrico del organismo.

En las células, los aminoácidos se descomponen en moléculas más sencillas, y desprenden amoníaco. amoníaco (NH3)

se transporta en la sangre

2. En el hígado, el amoníaco se combina con CO2 para producir urea. urea NH2 −C−NH2 ||

se transporta en la sangre

3. En los riñones, la urea y otros desechos solubles en agua se integran a la orina.

se excreta en la orina

Capítulo 7

Sistema excretor

Por lo tanto, la sangre funciona como un medio de suministros e higiene, ya que los desechos celulares son continuamente eliminados hacia ella, para luego ser excretadas por medio de un proceso selectivo de vigilancia, análisis, selección y rechazo. El sistema excretor es el encargado de eliminar las sustancias tóxicas y los desechos de nuestro organismo, por lo que se puede decir que la excreción es la principal función de este sistema, pero la realidad es que no trabaja solo: es apoyado en su función por otros órganos y sistemas, como son la piel, sistema digestivo y sistema respiratorio. Debes recordar la diferencia entre cada uno de los siguientes conceptos: Excreción: Es la eliminación de los productos residuales del metabolismo celular por medio del sistema excretor. Estos productos residuales son sustancias que ya no pueden ser utilizadas por el organismo. Secreción: Eliminación de alguna sustancia, por parte de una célula, que será utilizada en algún proceso metabólico. Ejemplo: Secreción de una hormona o de enzimas digestivas. Defecación: Es un acto reflejo en el que se eliminan los residuos del proceso digestivo. Estos residuos no han «ingresado» realmente a nuestro organismo, es decir, no han pasado a nuestro medio interno.

1. Órganos y sistemas que cumplen la función excretora Como se recordará, la excreción es el proceso por el cual se liberan del cuerpo los desechos metabólicos, incluyendo el exceso de agua. Muchos animales han desarrollado a través del proceso evolutivo eficientes estructuras y órganos que se encargan de cumplir la función excretora, por ejemplo, el sistema nefrourinario, que corresponde al sistema que estudiaremos en este capítulo. Pero antes revisaremos los órganos y sistemas que lo apoyan en su función.

epidermis

pelo

poro excretor

En los vertebrados terrestres, los pulmones, la piel y el aparato digestivo son al igual que el sistema renal, importantes en la osmorregulación y la eliminación de desechos. a. La piel

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dermis

glándula sudorípara

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Es el órgano más grande del cuerpo en área superficial y peso. Entre sus múltiples funciones protege a nuestro cuerpo de agentes externos como las bacterias, los virus, la radiación ultravioleta y el polvo; y lleva a cabo una función secundaria que es la excreción de sustancias corporales, gracias a las glándulas sudoríparas, presentes en la piel. Aunque estas principalmente se encargan de regular la temperatura corporal, excretan 5 a 10% de todos los desechos corporales, a través del sudor. Gracias a este líquido se elimina el exceso de cloruro de sodio y urea, así como las sustancias químicas como el alcohol etílico o residuos de antibióticos.

259

b. El hígado

capítulo

Puede ser considerado como un órgano excretor, pero se le considera como parte del sistema digestivo. En sus células se destruyen los glóbulos rojos viejos, degradándose la hemoglobina contenida en ellos formando dos pigmentos: la bilirrubina y la biliverdina. Estos denominados pigmentos biliares, junto a otros desechos metabólicos formados en el hígado, se vierten a la bilis, la cual es transportada hacia el intestino delgado para ser luego eliminada por las heces fecales, de hecho, el color de las heces fecales depende de estos pigmentos biliares.

c. El sistema respiratorio Tiene por función colocar el oxígeno aspirado a través de la nariz en contacto con la sangre y a través de ella con los tejidos. El dióxido de carbono producido como desecho metabólico se elimina de la sangre en los pulmones y sale al exterior a través de las fosas nasales o la boca.

Actividades Prueba tus conocimientos 1. Defina los siguientes términos: a. Excreción: b. Secreción: 2. ¿Cuáles son los principales tipos de desechos nitrogenados? 3. ¿Cuáles son los principales órganos que participan en la excreción de desechos metabólicos? Indique la función de cada uno de ellos.

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2. Sistema nefrourinario

260

Este sistema tiene la misión de mantener relativamente constante la composición del plasma. Esto se logra a través de: eliminación de sustancias que ya no son útiles al organismo y que derivan del metabolismo celular; la regulación del equilibrio mineral y acuoso; el mantenimiento de la presión osmótica y la concentración de protones (pH) de la sangre dentro de límites normales. Se puede dividir para su estudio en riñón y vías urinarias.

2.1 Anatomía del riñón Los riñones están localizados inmediatamente bajo el diafragma, en la zona dorsal del abdomen. Son órganos pares de color rojizo, en forma de poroto. El riñón derecho está un poco

Arteria renal izquierda Riñón izquierdo

Vena renal izquierda Aorta Uréter izquierdo

Vena cava Vejiga urinaria

Uretra (en el pene)

Sistema nefrourinario masculino

Capítulo 7

Sistema excretor

más abajo que el izquierdo debido a que comparte su espacio con el hígado.

a. Anatomía externa En un adulto este órgano tiene aproximadamente el tamaño de una barra de jabón de baño, pesa aproximadamente 150 gr. Cada riñón está envuelto en tres capas de tejido: una capa interna llamada cápsula renal que le sirve de barrera contra traumatismos y ayuda a mantener la forma del órgano; una capa media, llamada cápsula adiposa que también lo protege de traumatismos y lo sostiene en su posición; y una capa externa, llamada cápsula superficial que fija el órgano a las estructuras circundantes y a la pared abdominal.

Pirámides renales (médula) Cápsula Corteza Médula Hilio renal Arteria renal

Vena renal Pelvis renal Uréter

b. Anatomía interna Al seccionar un riñón en forma longitudinal, de modo de separarlo en una mitad anterior y otra posterior, se puede observar en la superficie de corte una disposición muy especial de los tejidos. • La corteza: Es la zona más externa del riñón. Se caracteriza por ser de color rojizo y textura lisa. Aquí encontramos el corpúsculo renal y los túbulos contorneados de un nefrón. • La médula: Es la zona más interna del riñón. Presenta un color rojizo oscuro y está formada por 10 a 12 estructuras cónicas estriadas llamadas pirámides de Malpighi o también llamadas pirámides renales (que deben su apariencia antes mencionada a la ubicación de Conducto colector las asas de Henle y túbulo colector de los nefrones). La base de cada pirámide mira hacia la corteza, en tanto el Túbulo distal ápice llamado papila renal mira hacia el centro del riñón. Túbulo proximal Las papilas renales desembocan hacia unas estructuras Cápsula de Bowman en forma de copa, llamadas cálices menores y cálices Glomérulo mayores. Cada cáliz menor recibe orina de la papila renal, y la lleva al caliz mayor respectivamente. De estos últimos la orina pasa a una cavidad grande llamada pelvis renal y luego sale hacia las vías urinarias. Arteriolas

Rama de la arteria renal Asa de Henle

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Capilares peritubulares

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Rama de la vena renal

• El nefrón: Cada riñón está formado por más de un millón de unidades microscópicas, anatomofuncionales, denominadas nefrones. Los nefrones son pequeños túbulos distribuidos en las zonas medular y cortical, muy bien irrigados, que están encargados de tres procesos básicos: filtrar la sangre, retornar a la sangre las sustancias útiles para que no se pierdan del cuerpo y retirar de la sangre sustancias que no son necesarias para el cuerpo. Como resultado de estos procesos, los nefrones mantienen la homeostasis de la sangre y producen orina.

261

capítulo

Cada nefrón se compone de dos partes fundamentales: - Corpúsculo de Malpighi o corpúsculo renal: Estructura especializada en la función de filtración. Está constituido por un ovillo de capilares, (el glomérulo), los que están rodeados por el primer segmento del túbulo renal, que tiene forma de copa llamado cápsula de Bowman o cápsula renal. Este conjunto de los capilares más la cápsula de Bowman se denomina corpúsculo renal. La región interna del corpúsculo, vale decir, el glomérulo, resulta de la ramificación de la arteria renal que irriga al riñón. Luego de penetrar en el riñón, esta arteria se ramifica en arteriolas cada vez más pequeñas, hasta formar la arteriola aferente, que penetra en la cavidad central de la cápsula de Bowman y se ramifica en múltiples capilares. Estos luego se reúnen en una arteriola de salida, arteriola eferente. Esta arteriola se ramifica en una red de capilares en torno al túbulo renal, llamados capilares peritubulares. Estos vasos confluyen en venas, que se unen a otras mayores hasta terminar en la vena renal que sale del riñón y que desemboca en la vena cava inferior. El diámetro de la arteriola aferente es mayor que la eferente, lo que permite que dentro del glomérulo de Malphigi exista una alta presión sanguínea que facilita la filtración. Los capilares del glomérulo son fenestrados, lo cual significa que su pared está atravesada por numerosos poros (que facilitan la filtración glomerular). Además es importante mencionar que entre la cápsula de Bowman y los capilares del glomérulo existe una membrana basal de naturaleza eléctrica negativa, que impide la filtración de proteínas plasmáticas. - Túbulos renales: Corresponde a un túbulo largo y tortuoso que se subdivide en las siguientes partes: * Túbulo contorneado proximal: Es la continuación de la cápsula de Bowman. Se encuentra ubicada en la corteza renal. * Asa de Henle: Es el segmento intermedio entre el túbulo proximal y el distal. Su longitud varía según si el glomérulo está más cerca de la corteza o de la médula. Consta de una rama descendente y otra ascendente (segmento grueso).

Flujo de sangre

Arteriola aferente Arteriola eferente Cápsula de Bowman Glomérulo de Malphigi

* Túbulo contorneado distal y colector: El túbulo distal se encuentra en la corteza y siguiendo un trayecto tortuoso desemboca finalmente en el túbulo colector. Este último reúne el filtrado de varios nefrones, desembocando junto a otros en la papila renal.

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2.2 Formación de orina

262

El objetivo fundamental del nefrón es la formación de orina, que consiste en la eliminación de los desechos metabólicos circulantes, tales como ácido úrico, urea, creatinina, etc., conservando los componentes útiles de la sangre. Para lograrlo, el riñón se vale de tres importantes procesos: - Filtración glomerular. - Reabsorción tubular. - Secreción tubular.

Capítulo 7

Sistema excretor

2.2.1 Procesos 1. Filtración: Agua, nutrientes y desechos se filtran de los capilares glomerulares hacia la cápsula de Bowman de la nefrona.

3. Secreción Tubular: El túbulo distal, desechos adicionales se secretan activamente desde la sangre hacia el túbulo.

2. Reabsorción Tubular: En el túbulo proximal, casi toda el agua y los nutrientes se reabsorben a la sangre.

4. Concentración: En el conducto colector, podría pasar más agua a la sangre, de modo que la orina esté más concentrada que la sangre.

a. Filtración glomerular La filtración es un proceso que permite el paso de líquido desde el glomérulo hacia la cápsula de Bowman por la diferencia de presión sanguínea que existe entre ambas zonas, es decir, aplica presión para forzar los líquidos y solutos a través de una membrana. Es lo mismo tanto en los capilares glomerulares como en los de cualquier parte del cuerpo. Sin embargo, el volumen del líquido filtrado por el corpúsculo renal es mucho mayor del que se filtra en otros capilares del cuerpo, por tres razones: - Puesto que son largos y extensos, los capilares glomerulares presentan una gran superficie de filtración. - La membrana de filtración es delgada y porosa (capilares fenestrados). - En los capilares glomerulares la presión arterial es alta, puesto que el diámetro de las arteriolas eferentes tiene menor diámetro que el de las arteriolas aferentes. Por el riñón pasan 1.250 cc de sangre en un minuto, esto es la cuarta parte del gasto cardíaco (cantidad de sangre expulsada por el corazón en un minuto). Al entrar a los glomérulos posee una presión bastante alta en comparación con la presión en los capilares del resto del cuerpo.

El proceso de filtración glomerular es totalmente pasivo, idéntico al descrito para el intercambio en los capilares del sistema cardiovascular.

La capacidad de transporte activo de los túbulos es limitada y cuando la cantidad de una sustancia por reabsorber sobrepasa esa capacidad, el exceso es eliminado por la orina. Este fenómeno se llama transporte máximo. Este depende directamente del umbral plasmático renal, que es la máxima cantidad permitida de una sustancia en la sangre, para que ésta no aparezca en la orina.

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Se puede decir, entonces, que el filtrado glomerular está compuesto por plasma con pequeñas cantidades de proteínas (0,03 %) y solutos. Sin elementos figurados ni lípidos.

La cantidad de filtrado glomerular que se forma por minuto en los nefrones de ambos riñones se denomina índice de filtrado glomerular y corresponde a unos 125 ml/ min. Esto quiere decir que cada día se forman 180 litros de filtrado glomerular.

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La presión útil de filtración es de 14 mm Hg. Por lo mismo, la sangre tiende a filtrarse a medida que avanza por el glomérulo (es como si cayera un “chorro” de líquido con gran fuerza sobre un colador con orificios muy pequeños). Así, se filtra a través de la membrana glomerular un gran número de sustancias tales como la urea, glucosa, aminoácidos, sales y agua. Todas ellas caen a la cápsula de Bowman, pasando a constituir el filtrado glomerular.

Sabías que...

263

capítulo

b. Reabsorción tubular

Sabías que... En la diabetes mellitus la concentración de glucosa en la sangre supera el umbral renal y, por lo tanto, la glucosa aparece en la orina, lo que clínicamente se denomina glucosuria.

Este proceso es el retorno de casi toda el agua y gran parte de los solutos filtrados al torrente sanguíneo. Tanto los túbulos renales como el conducto colector participan de este proceso, pero es el túbulo contorneado proximal el que contribuye en mayor medida. Los solutos que son fundamentalmente reabsorbidos tanto por transporte activo como pasivo son: glucosa, aminoácidos, urea e iones como Na+, K+, Ca2+, Cl-, HCO3- (bicarbonato), y HPO4-2 (anión ácido fosfato) y agua vuelven a pasar al plasma de los capilares peritubulares. (reabsorción selectiva). En el transporte de agua nos detendremos un poco. Se realiza a través de osmosis. Alrededor del 90% del agua filtrada hacia los nefrones se reabsorbe junto con el Na+, Cl- y glucosa, en el túbulo contorneado proximal, producto del gradiente de concentración que siempre se forma por la reabsorción de solutos, razón por la cual recibe el nombre de reabsorción obligada de agua. El 10% restante del agua que se reabsorberá se denomina reabsorción facultativa de agua, la cual se lleva a cabo principalmente bajo la acción de los túbulos colectores. Recibe este nombre, ya que se adapta a la necesidad del organismo y es controlada hormonalmente (ADH por ejemplo). La reabsorción continúa conforme el filtrado pasa por el asa de Henle y el túbulo contorneado distal. Después el filtrado se concentra aún más al pasar por el conducto colector.

c. Secreción tubular La secreción tubular es el paso de sustancias a través del epitelio tubular en sentido opuesto a la reabsorción. La secreción ocurre principalmente en la zona del túbulo contorneado distal. Dentro de las sustancias secretadas, se encuentran los iones de potasio (K+), hidrógeno (H+) (ambos a través de transporte activo) y amonio (NH4+) (difusión pasiva).

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Sabías que...

264

La hormona antidiurética (ADH) o vasopresina se produce en el hipotálamo y aumenta la permeabilidad al agua del túbulo contorneado distal y del conducto colector, lo que permite reabsorber más agua de la formación de orina.

La secreción de H+ es importante en la regulación del pH de la orina (4-7.5), que a la vez mantiene el equilibrio ácido-base en el medio interno. Existen además otros elementos que son secretados a nivel de los túbulos renales, por ejemplo, la creatinina (desecho metabólico nitrogenado producido en los músculos) y algunos medicamentos u otras sustancias extrañas al organismo. Otra función importante del nefrón es su capacidad de producir orina concentrada cuando escasea el agua y orina diluida cuando hay exceso de agua en la sangre. El grado de concentración de la orina se regula a nivel del asa de Henle y del túbulo colector, sobre el cual se produce la acción de la hormona antidiurética (ADH).

Capítulo 7

Sistema excretor

A continuación, se encuentra un recuadro que presenta la cantidad de agua y solutos más importantes que se reabsorben y eliminan cada día. Sustancia filtrada

Cantidad

Reabsorción diaria

Eliminación

% de reabsorción

Agua

180 litros

178 - 180 Litros

1,5 - 2

Sodio

579 g.

576 - 574 g.

3 - 5 g.

99,5

Glucosa

180 g.

0 g.

100

Urea

54 g.

27 g.

Características y composición de la orina El riñón filtra 170 a 180 litros de plasma en 24 horas. El proceso de reabsorción recupera 168,5 litros, es decir, queda un excedente de 1,5 litros de orina (diuresis normal). Esto pone de manifiesto la importancia de la reabsorción tubular: sin ella nos deshidrataríamos en 30 min. La orina se caracteriza por ser un líquido transparente, que lleva varias sustancias disueltas. Es de color amarillento por la presencia de un pigmento, el urocromo, aunque varía con la concentración de la orina y la dieta. La orina concentrada es de color más oscuro. En el caso de la dieta, esta también modifica el color, por ejemplo, el consumo de betarraga le da un color rojizo Es transparente recién excretada, pero se vuelve turbia cuando sedimenta. Su olor es leve, pero cuando sedimenta es similar al del amoniaco. La del diabético tiene olor dulce debido a la presencia de cuerpos cetónicos. Su pH varía de 4,6 a 8,0 (promedio 6,0). Dietas ricas en proteínas incrementan la acidez; dietas vegetarianas aumentan la alcalinidad. Su composición normal se encuentra en el siguiente recuadro. Principales componentes de la orina Componentes inorgánicos

Cantidad en gr.

Componentes orgánicos

Cantidad en gr.

Cloruro de sodio

10 - 15

Urea

20 - 30

2-4

Creatinina

0.8 - 1.2

2 - 3

Ácido úrico

0.6 - 0.8

Ácido fosfórico

2 - 3

Cuerpos cetónicos

0.04

Amoníaco

0.5 - 1

Magnesio

0.1 - 0.2

Calcio

0.3 - 0.4

Hierro

0.005 - 0.010

Otras sustancias

0.2 - 0.3

• Albúmina: Elemento normal del plasma, pero a menudo aparece en cantidades muy pequeñas en la orina. Su presencia en cantidades excesivas en la orina, llamada albuminuria, indica un incremento de la permeabilidad, causada por lesión o enfermedad, incremento de la presión arterial o irritación de las células renales por toxinas bacterianas, éter o metales pesados.

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Si una enfermedad altera el metabolismo corporal o la función renal, pueden aparecer en la orina restos de sustancias que no se presentan normalmente o los componentes habituales aparecen en cantidades anormales. Entre ellos, podemos mencionar:

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Potasio Ácido sulfúrico

265

capítulo

• Glucosa: Su presencia en la orina se llama glucosuria, y en general indica diabetes mellitus. • Eritrocitos: Su presencia en la orina se llama hematuria, y casi siempre indica un estado patológico. Una de las causas puede ser la inflamación aguda de los órganos urinarios como consecuencia de enfermedad o irritación por cálculos renales, traumas, tumores, etc. • Leucocitos: Estos y otros componentes de pus en la orina son llamados piuria, e indican infección en el riñón u otras estructuras urinarias.

Actividades 1. Indique cuál de las siguientes estructuras del sistema renal están asociadas a cada uno de los siguientes procesos. • Formación de orina: • Almacenamiento de orina: • Conducción de orina: 2. ¿Por qué se dice que el nefrón es la unidad funcional del riñón? 3. Explique con sus propias palabras la forma en la cual se lleva a cabo la formación de orina. 4. ¿Qué sucedería si toda el agua filtrada a nivel del glomérulo es reabsorbida en los túbulos renales? 5. Explique por qué es importante el proceso de secreción en la formación de la orina. 6. ¿Qué elementos son reabsorbidos a nivel de los túbulos renales? Indique su importancia. 7. ¿Por qué normalmente no encontramos glucosa en la orina? y ¿por qué está presente en la orina de personas con Diabetes mellitus? Fundamente su respuesta. 8. Compare los siguientes procesos: Filtración, Reabsorción y Secreción. 9. Según lo que ha revisado, indique los principales desechos metabólicos encontrados en la orina. 10. Investigue la forma en la cual se regula el volumen de orina.

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2.3 Vías urinarias

266

La orina, una vez formada, es conducida por los túbulos colectores hacia los cálices renales, que confluyen para formar un saco en forma de embudo, conocido como pelvis renal, desde esta zona la orina pasa hacia los uréteres.

a. Uréteres Son dos tubos musculares de 25 a 30 cm. de longitud y de un diámetro de 1mm. a 10 mm. Conectan a lo largo de su trayecto la pelvis renal con la vejiga. Su rol es conducir la orina hacia la vejiga urinaria, por medio de contracciones peristálticas.

Capítulo 7

Sistema excretor

Característicamente, los uréteres no tienen esfínteres anatómicos que regulen el paso de orina por su interior, pero presentan válvulas fisiológicas muy eficientes. Conforme la vejiga se llena de orina, la presión al interior comprime los orificios de entrada de los uréteres y evita el flujo retrógrado de la orina. Si esta válvula fisiológica no funciona de manera apropiada, existe la posibilidad de que los microbios viajen hacia arriba en los uréteres desde la vejiga para infectar uno o ambos riñones. b. Vejiga urinaria Es un órgano muscular hueco, distensible, situado en la cavidad pélvica posterior hasta la sínfisis del pubis. En varones tiene una ubicación directamente anterior al recto; en mujeres está por delante de la vagina y debajo del útero. Su forma depende de la cantidad de orina que contenga. Vacía se encuentra colapsada. Cuando está ligeramente distendida, es esférica y cuando está llena adquiere forma de pera. La capacidad de la vejiga urinaria de 700 a 800 mL. La vejiga urinaria es más pequeña en mujeres, pues el útero ocupa el espacio justo arriba de la vejiga. En ella desembocan los dos uréteres. Su función es almacenar orina debido a su capacidad para adaptarse a los cambios de volumen. c. Uretra Conducto que se origina en la cara inferior de la vejiga. Tanto en los varones como en las mujeres, la uretra es la porción terminal del sistema urinario y la vía de paso para expulsar orina del cuerpo (en varones también da salida al semen). Su misión es llevar la orina hacia el exterior del cuerpo.

3. Enfermedades del sistema nefrourinario a. Cálculos renales

Son relativamente frecuentes, pueden ser agudas o crónicas. Por lo común se deben a una infección y afectan principalmente la vejiga.

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b. Infección vías urinarias

El reflejo de micción se lleva a cabo por medio de una combinación de contracciones musculares voluntarias e involuntarias. Cuando el volumen de orina en la vejiga es superior a los 200 a 400 ml., su presión aumenta produciendo el estiramiento del órgano y la transmisión de impulsos a la médula espinal, que desencadena el vaciamiento del órgano.

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Están presentes en la pelvis o cálices del riñón o en los uréteres. Se pueden formar cuando la orina se encuentra muy concentrada con ciertas sustancias. Estas sustancias se pueden agrupar para formar pequeños cristales y posteriormente cálculos, los cuales pueden no manifestar síntomas hasta que comienzan su descenso por el uréter, produciendo dolor. Dicho dolor es fuerte, con frecuencia comienza en la región del flanco y baja hasta la ingle.

Sabías que...

267

capítulo

Los agentes más fecuentes son las bacterias como Escherichia coli, Staphilococcus, Pseudomona, Streptococcus. Menos frecuentemente la inflamación se produce por hongos (género Cándida). Las condiciones que favorecen la infección de la vía urinaria son alteraciones producto de embarazo, traumatismos, malformaciones e intervenciones quirúrgicas. Entre las más importantes, están la manipulación por uso de sonda, la deficiencia inmunológica y la diabetes mellitus.

c. Glomerulonefritis Enfermedad causada por inflamación de las estructuras internas del riñón puede ser una condición temporal y reversible o puede ser progresiva. Esta última puede ocasionar la destrucción de los glomérulos del riñón e insuficiencia renal crónica y enfermedad renal en estado terminal. Esta enfermedad puede ser causada por problemas específicos con el sistema inmune del cuerpo, pero se desconoce la causa exacta en la mayoría de los casos. El daño de los glomérulos con la subsecuente filtración ineficiente ocasiona la pérdida de sangre y de proteínas en la orina.

d. Insuficiencia Renal (IR)

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Es la pérdida de función de los riñones, independientemente de cual sea la causa. La IR se clasifica en aguda, subaguda y crónica en función de la forma de aparición (días, semanas, meses o años) y, sobre todo, en la recuperación o no de la lesión. Mientras que la IR aguda es reversible en la mayoría de los casos, la forma subaguda lo es en menor frecuencia, y la Insuficiencia Renal Crónica (IRC) presenta un curso progresivo hacia la Insuficiencia Renal Crónica Terminal (IRCT). Esta evolución varía en función de la enfermedad causante y, dentro de la misma enfermedad, de unos pacientes a otros.

268

Capítulo 7

Sistema excretor

Conceptos fundamentales

1. Balance hídrico: Corresponde a la habilidad de reabsorber agua en el riñón que se realiza a lo largo del túbulo renal, pero la mayor parte se efectúa en el túbulo proximal (reabsorción obligada). La disociación de agua y solutos se efectúa en el túbulo distal, que se halla condicionada a los niveles plasmáticos de la hormona antidiurética. 2. Excreción: Es la eliminación de los productos residuales del metabolismo celular por medio del sistema excretor y/u órganos excretores. Estos productos residuales son sustancias que ya no pueden ser utilizadas por el organismo. 3. Filtración glomerular: Un proceso que permite el paso de líquido desde el glomérulo hacia la cápsula de Bowman por la diferencia de presión sanguínea que existe entre ambas zonas. 4. Filtrado glomerular: La sangre se filtra a medida que avanza por el glomérulo. formando una solución que contiene urea, glucosa, aminoácidos, sales y agua. 5. Orina: es un líquido transparente, que lleva varias sustancias disueltas. Es de color amarillento por la presencia de un pigmento, el urocromo. 6. pH sanguíneo: Medida de la concentración de iones de hidrógeno (H+) en la sangre. 7. Reabsorción tubular: proceso que se realiza a través de transporte activo o por difusión simple a favor de gradientes de concentración, para reabsorber desde el filtrado glomerular, los elementos fundamentales como electrolitos, nutrientes y agua vuelven a pasar al plasma de los capilares peritubulares (reabsorción selectiva). 8. Reflejo de micción: es un proceso medular y, por lo tanto, involuntario, que vacía la vejiga urinaria. 9. Secreción: Eliminación de alguna sustancia, por parte de una célula, que será utilizada en algún proceso metabólico. Ejemplo: Secreción de una hormona o de enzimas digestivas. 10. Secreción tubular: La secreción tubular es el paso de sustancias a través del epitelio tubular en sentido opuesto a la reabsorción. La secreción ocurre principalmente en la zona del túbulo contorneado distal. Dentro de las sustancias secretadas, se encuentran los iones de potasio (K+), hidrógeno (H+) (ambos a través de transporte activo) y amonio (NH4+) (difusión pasiva).

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269

Epitelio cúbico ciliado Uretra Sistema

Organismo

formada por...

Intrarrenal

• Pirámide renal • Papila renal • Cáliz menor • Cáliz mayor • Pelvis renal

Vías urinarias

porciones...

Extrarrenal

• Uréteres • Vejiga urinaria • Uretra

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Células endocrinas Epitelio plano simple Órgano

Riñones

Células del nefrón Tejido

Vejiga urinaria

Célula

Nefrourinario

unidad funcional...

Nefrones

Conjunto de tubos: • Tubo proximal • Asa de Henle • Tubo distal • Tubo colector

Formación de orina

Conjunto de vasos sanguíneos: • Arteriola aferente • Arteriola eferente • Capilares peritubulares

Riñones

el significado que tiene es...

Eliminación de desechos del metabolismo, especialmente los nitrogenados (urea, ácido úrico y amoníaco).

Regulación del volumen y composición de líquidos corporales. Regulación equilibrio ácido base. Metabolismo y excreción de desechos. Síntesis de hormonas (renina, eritropoyetina, colecalciferol).

a través de...

270

capítulo

• Filtración glomerular • Reabsorción tubular • Secreción tubular

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Capítulo 7

Sistema excretor

Ejercicios Ejercicios resueltos 1.

La reabsorción de las sustancias filtradas por el glomérulo se realiza en A) B) C) D) E)

la pelvis renal. el uréter. la uretra. la arteriola renal. los túbulos contorneados.

Correcta: E. Habilidad: Reconocimiento. Defensa: El nefrón es la unidad anatomofisiológica del riñón. Está formado por un componente vascular que actúa como filtro y un componente tubular que reabsorbe y secreta.

2. Si se considera el transporte de moléculas desde el túbulo renal a la sangre, de las células epiteliales al interior del túbulo y del glomérulo a la cápsula de Bowman, se puede establecer que se trata respectivamente de los siguientes procesos: A) B) C) D) E)

¿Cuál(es) de las siguientes características anatómicas es (son) importantes para desarrollar una mayor presión en el riñón? I) Una arteria renal corta y recta. II) Arteriola eferente de menor diámetro que la arteriola aferente. III) Cápsula de Bowman con gran superficie de contacto con el glomérulo. A) B) C) D) E)

Solo l Solo ll Solo l y ll Solo ll y lll l, ll y lll

Correcta: C. Habilidad: Aplicación. Defensa: Una arteria renal corta y recta permite menor roce y, por tanto, no se pierde mucha presión desde el nacimiento en la aorta. Por otra parte, la arteriola eferente de menor diámetro sirve como freno para el flujo sanguíneo, lo que aumenta la presión en el glomérulo. La cápsula de Bowman efectivamente tiene gran superficie de contacto con el glomérulo, pero esto no aumenta la presión, sino que es mayor área para la filtración.

Filtración, reabsorción, secreción. Filtración, secreción, reabsorción. Reabsorción, filtración, secreción. Secreción, filtración, reabsorción. Reabsorción, secreción, filtración.

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Correcta: E. Habilidad: Comprensión. Defensa: Reabsorción: Recuperación de sustancias que fueron filtradas y que retornan hacia la sangre. -Secreción: Sustancias que van hacia la orina y que son transportadas por las células epiteliales. -Filtración: Las sustancias se movilizan al interior de los tubos renales pasando por la cápsula de Bowman.

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271

capítulo

Ejercicios De los desechos originados por los organismos, los nitrogenados son los que se excretan con mayor dificultad. El principal desecho nitrogenado eliminado por los mamíferos es la urea, sin embargo, se ha encontrado que un 50% de la cantidad filtrada luego es reabsorbida. ¿Cuál es su explicación para esta situación?

El riñón controla el equilibrio I) hídrico. II) ácido base. III) de presión arterial. Es (son) correcta(s)

I) Es una sustancia de pequeño tamaño. II) Es una sustancia liposoluble. III) Su reabsorción está favorecida por el gradiente de concentración.

A) B) C) D) E)

solo I. solo II. solo I y II. solo II y III. I, II y III.

Es (son) correcta(s) A) B) C) D) E)

solo I. solo III. solo I y III. solo II y III. I, II y III.

Correcta: E Habilidad: Comprensión. Defensa: A pesar de ser un desecho, la urea se reabsorbe parcialmente. Esto se logra porque es una sustancia pequeña, liposoluble. Además, a medida que se reabsorbe agua aumenta su concentración aumentando el gradiente de concentración.

Correcta: E Habilidad: Reconocimiento. Defensa: El riñon controla el volumen de agua, de iones de Na+, K+, Ca2+, que regula la presión osmótica, elimina H+, fosfato y bicarbonato que regulan el pH.

Ejercicios propuestos 1. La filtración es un proceso en el cual pasan algunas sustancias que aún son útiles para el organismo. Este es el caso de la glucosa que en el interior del nefrón, es reabsorbida activamente.

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Esta situación ocurre hasta cierto umbral o cantidad de glucosa que filtra. ¿Qué sucedería si este umbral es sobrepasado? I) La glucosa comienza a aparecer en la orina. II) La glucosa se reabsorbe de todos modos por difusión simple. III) La glucosa se acumula en las células renales. Es (son) correcta(s) A) B) C) D) E)

solo l. solo ll. solo lll. solo l y ll. solo ll y lll.

Capítulo 7

Sistema excretor

Ejercicios Las sustancias innecesarias o que se encuentran en exceso en el cuerpo son removidas por A) filtración glomerular y reabsorción tubular. B) filtración glomerular y secreción tubular renal. C) secreción tubular renal y reabsorción tubular. D) secreción tubular renal, reabsorción tubular y filtrado glomerular. E) reabsorción tubular.

Glomérulo. Cápsula de Bowman. Túbulo contorneado proximal. Túbulos colectores. Túbulo contorneado distal.

La orina de una persona que ha experimentado una hemorragia relativamente intensa es más densa e hipercoloreada que la orina normal, debido a que el riñon ejerce una acción A) B) C) D) E)

excretora de desechos nitrogenados. filtradora de sangre. concentradora de orina. reguladora de la homeostasis hidro-salina. liberadora de proteínas.

La glucosuria o presencia de glucosa en la orina se debe a que

Respuestas correctas

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Reconocimiento Reconocimiento

Comprensión

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Aplicación

Reconocimiento

Alternativa

Número

Habilidad

A) la glucosa es secretada por los epitelios tubulares. B) se alcanza la velocidad máxima de transporte activo. C) en condiciones fisiológicas, la glucosa no se reabsorbe. D) hay difusión pasiva de glucosa de los túbulos a los espacios intercelulares. E) la glucosa en exceso no se almacena, sino que se elimina en la orina.

A) B) C) D) E)

5. ¿Cuál de los siguientes componentes del nefrón humano ejerce fundamentalmente la función de reabsorción de agua en el proceso de formación de orina?

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Capítulo 8

BIOLOGÍA HUMANA Y SALUD: Enfermedades Aprendizajes Esperados

Comprender el significado del concepto de salud y enfermedad. Comprender en qué se basa la clasificación de las enfermedades. Analizar las enfermedades degenerativas y su efecto sobre el individuo, usando como ejemplo el cáncer. Analizar las enfermedades genéticas y hereditarias, así como su efecto sobre el individuo y la sociedad que lo rodea, usando como ejemplo el síndrome de Down. Conocer las principales enfermedades provocadas por una nutrición inadecuada. Identificar los principales efectos del consumo de alcohol y tabaquismo sobre nuestro organismo. Conocer y analizar los efectos perjudiciales de las drogas, solventes y otras sustancias químicas sobre nuestra salud. Identificar los principales factores que predisponen a nuestro organismo a desarrollar enfermedades del corazón y vasculares más frecuentes. Conocer las principales enfermedades de transmisión sexual y sus modos de prevención.

La esencia del concepto “salud” no se puede comprender prescindiendo de los aspectos antropológicos y sociológicos o no tomando en cuenta los contextos de familia, medio social y ambiente.

capítulo

Biología humana y salud

El hombre es un ser eminentemente social y se agrupa constituyendo la sociedad, una compleja organización que, en su funcionamiento, depende de la interacción de todos los sujetos que la componen. Por esta razón, se requiere de la integridad de cada ser humano que, como pieza de un gran engranaje, aporta su parte a la estabilidad y desarrollo de la estructura social. Salud y enfermedad en el ser humano se dan en una dinámica existencial con su entorno social, histórico, cultural, ambiental y económico. Frecuentemente, los anhelos de un más justo nivel de salud y de utilización de tecnologías son obstaculizados por la limitación de los recursos. De esta forma, comprendemos que la integridad de un individuo está ligada a la salud que posee. Por lo tanto, el bienestar del hombre y de la sociedad que conforma dependerá del conjunto de acciones que esta determine para la protección y fomento de la salud.

1. Conceptos básicos 1.1 Salud Al hablar de salud se debe considerar el desarrollo del ser humano, dentro del cual hay ocho aspectos fundamentales que evolucionan en las etapas de desarrollo. Ellos se complementan, se influyen, en una mezcla de instintos y necesidades que buscan satisfacción y apertura, de cuyo equilibrio o tensión reside la esencia de lo humano. Estos aspectos son lo Físico – Biológico, Intelectual – Cognitivo, Afectivo, Emocional – Sexual, Ético – Moral, Social, Estético, Espiritual. En cada uno influye la herencia, el medioambiente, el medio sociocultural, la nutrición, la educación, los riesgos, como las enfermedades, las drogas y la miseria. Además de su historia, su pasado, su cultura y sus costumbres. La O.M.S. (Organización Mundial de la Salud) define la Salud como un estado de completo bienestar físico, mental y social. Por otra parte, el Ministerio de Salud reconoce que es un bien que el individuo necesita para realizarse como persona y un mecanismo esencial para el desarrollo de la nación. Por lo tanto, es un derecho humano y, a la vez, un patrimonio nacional. De acuerdo con estas definiciones, el estado de salud resulta de un equilibrio dinámico de los factores antes mencionados, en que se conjugan la acción del medioambiente y las características individuales del sujeto.

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También podemos referirnos a los conceptos de salud y enfermedad, relacionándolos con el término de homeostasis.

276

Este término lo podemos asociar al concepto de salud puesto que este se refiere a un estado de equilibrio. Homeostasis es un concepto de raíces griegas, inventado por el fisiólogo Walter Bradford Cannon (1929) y que literalmente significa hómios: semejante, y stásis: estado.

1.2 Enfermedad Es una alteración del estado de bienestar físico o psíquico del individuo que pertenece a una comunidad. Existe un desequilibrio en una o varias funciones biológicas o mentales del sujeto que afecta directa o indirectamente su vida social, debido a lo cual podemos referirnos al concepto de enfermedad relacionándolo con el término Isostasis.

Capítulo 8

Biología humana y salud

Este vocablo es de origen griego, significa literalmente Isos: igual, stásis: estado, fijeza o estabilidad. Esta definición corresponde a la idea del fisiólogo Claude Bernard (1859), según el cual la enfermedad es una función invariable en el tiempo.

Actividades 1. ¿Cómo define la O.M.S. el estado de salud de un individuo? 2. ¿Por qué la salud es un derecho humano y un patrimonio nacional? 3. ¿Cuándo un individuo se encuentra enfermo?

2. Clasificación de las enfermedades Las enfermedades pueden afectar de diferente manera al sujeto que la padece. Si se presenta asociada a un conjunto de signos y síntomas característicos, nos encontramos ante el cuadro clínico de la enfermedad. Pero también esta enfermedad puede no dar grandes signos ni síntomas y pasar inadvertida para el individuo, tratándose, entonces, de una enfermedad subclínica. Según su etiología, las enfermedades se clasifican en: Enfermedad Infecciosas o Infectocontagiosas

Características generales

ejemplo

•

Tuberculosis (TBC). Gripe o resfrío común. Hepatitis. Síndrome de Inmunodeficiencia Adquirida (VIH). Fiebre tifoidea.

Parasitarias

Son aquellas provocadas por organismos unicelulares o multicelulares que actúan como parásitos del organismo humano.

• • • •

Teniasis (lombriz solitaria). Oxiuriasis (Pidulles). Sarna. Pediculosis (Piojos).

Metabólicas

Son aquellas causadas por una • Gota. alteración en las reacciones • Diabetes mellitus. bioquímicas propias del metabolismo del individuo. Incluye los trastornos endocrinos provocados por alteraciones hormonales.

Nutricionales

Son aquellas provocadas por un déficit o exceso en la ingesta de determinados nutrientes. Pueden ser causadas también por una alteración en la utilización o eliminación de sus residuos. Incluye también las enfermedades carenciales debidas al déficit de vitaminas en la dieta.

• • • •

Obesidad. Desnutrición. Ceguera nocturna. Escorbuto.

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• • • •

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Son aquellas en que la causa de la enfermedad es un microorganismo patógeno. Este agente puede transmitirse directa o indirectamente desde una persona a otra o desde un insecto o animal a una persona.

277

capítulo

Degenerativas

Son aquellas en que existe una alteración estructural de los tejidos y órganos afectados, comprometiendo su función.

• • •

Cáncer. Lupus eritematoso. Esclerosis múltiple.

Traumáticas

Son todas aquellas en que se afecta la integridad corporal de un sujeto debido a las lesiones causadas por agentes físicos, químicos, eléctricos o biológicos.

• • • •

Accidentes automovilísticos. Mordeduras de animal. Golpe eléctrico. Quemaduras.

Genéticas

Son aquellas en que existen alteraciones de la información genética, ya sea a nivel cromosómico o de algunos genes puntuales.

• • • •

Hemofilia. Síndrome de Down (trisomía del cromosoma 21). Daltonismo. Albinismo.

Mentales

Son aquellas que afectan las funciones superiores del cerebro. Afectan la mente del sujeto y pueden originarse por la experiencia de vida personal y/o social del individuo. Comprometen el equilibrio racional y emocional, impidiéndole adaptarse a su entorno y al grupo social.

• • • •

Nerviosismo. Cretinismo. Esquizofrenia. Neurosis.

Profesionales

Son ocasionadas por la forma en que un sujeto debe trabajar o por las condiciones ambientales en que se desenvuelve laboralmente.

• •

Silicosis del Minero. Alteraciones de la columna vertebral en dentistas, por ejemplo. Estrés, estrés agudo y crónico.

•

Sabías que... Los teratógenos son ciertos factores ambientales que ocasionan defectos en el desarrollo embrionario y/o fetal.

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Entre los teratógenos más conocidos están:

278

• El etanol, al ser consumido en pequeñas o grandes cantidades produce un síndrome conocido como Síndrome de alcoholismo fetal. Sus principales síntomas son crecimiento lento antes y después del nacimiento, hendidura palpebral corta, labio superior angosto y puente nasal hendido, defectos del corazón y otros órganos, malformaciones de extremidades, anormalidades de los órganos genitales y daño del sistema nervioso central, entre otros. • La cocaína, al ser consumida por una mujer embarazada, provoca que el feto presente mayor riesgo de retraso del crecimiento, problemas de orientación y atención, hiperirritabilidad, tendencia de apnea, malformación o ausencia de órganos, apoplejía y convulsiones. Además se incrementa el riesgo de aborto espontáneo, nacimiento prematuro y muerte fetal. • Las radiaciones ionizantes, de distinto tipo son potenciales agentes teratógenos. Los rayos X o isótopos radiactivos durante el periodo embrionario, pueden ocasionar microcefalia, retraso mental y malformaciones del esqueleto.

Capítulo 8

Biología humana y salud

3. Impacto de la enfermedad en el individuo y su entorno Una enfermedad no solo afecta a quien la padece, también afecta a la familia y el entorno social que rodea al individuo. Por esta razón, a continuación estudiaremos diversas enfermedades de grandes implicaciones sociales.

3.1. Enfermedades asociadas al material genético • Enfermedades congénitas: En el momento del nacimiento de un individuo, se presentan alteraciones estructurales o funcionales que pueden manifestarse en distintas etapas de la vida denominadas defectos congénitos (enfermedades congénitas). Estos defectos pueden tener o no una base genética. Los que no son hereditarios pueden ser consecuencia de la acción de factores ambientales (teratógenos) que alteran el desarrollo embrionario o fetal, modificando la acción de los genes durante este período. • Enfermedades genéticas: Las enfermedades genéticas se refieren a alteraciones que afectan la calidad y/o cantidad del material hereditario. Se pueden definir a distintos niveles.

Por ejemplo, existen las anomalías cromosómicas que pueden afectar a un único par cromosómico por exceso (Trisomía del par 21), por déficit (Monosomía X o Síndrome de Turner) o afectar a un juego cromosómico completo (poliploidía).

• Enfermedades hereditarias: Otra categoría de alteraciones genéticas son aquellas que involucran a un único gen, que siguen un patrón de herencia mendeliana (autosómicas dominantes, autosómicas recesivas o recesivas ligadas al sexo) por lo que son de alto riesgo para los parientes. Ejemplo de estas enfermedades son la hemofilia, miopía, corea de Huntington, etc. Finalmente, existen síndromes cancerígenos de origen genético, en que una gran proporción se debe a la pérdida de un gen supresor de tumores.

Actividades 1. Investiga acerca de algunos ejemplos de cada una de las categorías que se mencionan de enfermedades genéticas. 2. ¿Cuál de las formas mencionadas es heredable?

Síndrome de Down

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El fenotipo de los individuos con el síndrome es similar, por lo que tienen un notable parecido. Poseen un pliegue epicántico prominente en el ángulo de cada ojo, y son característicamente bajos. Pueden tener cabezas pequeñas y redondas; lengua saburral y sobresaliente, que da lugar a que la boca permanezca entreabierta; manos anchas y cortas, con un patrón característico de huellas dactilares y palmares. El desarrollo físico, psicológico y mental está retrasado, y el coeficiente intelectual raramente supera 70. Su esperanza de vida es baja, y pocos individuos sobreviven a los 50 años.

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Corresponde a la única trisomía autosómica en que los individuos sobreviven en un número significativo hasta después del primer año de vida. Fue descubierta por Langdon Down en el año 1866. Se sabe que el síndrome es consecuencia de la trisomía del cromosoma 21. Se encuentra con una frecuencia aproximada de 3 de cada 20.000 nacidos vivos.

279

capítulo

14 15 G

17 18

Los niños con Síndrome de Down son propensos a las enfermedades respiratorias y cardíacas, y tienen una incidencia 15 veces superior de leucemia que la población normal. La causa más frecuente de muerte de las personas con el síndrome es la enfermedad de Alzheimer. Esta situación del Síndrome de Down puede deberse a la no disyunción del cromosoma 21 en la meiosis, lo que da como resultado gametos femeninos o masculinos n + 1, es decir, con un cromosoma de más. Resulta más frecuente que el gameto femenino sea el que falla. La adopción de medidas de intervención específicas son adecuadas para compensar sus limitaciones. Ellas han significado una modificación fundamental en su esperanza de vida y una mejoría notable en la calidad de vida cognitiva, afectiva, social y laboral. La atención específica no significa segregación de las personas. Por el contrario, se debe procurar su plena integración escolar, social y laboral.

3.2. Cáncer El cáncer es reconocido como una anomalía genética que implica la mutación de un pequeño número de genes, muchos de los cuales actúan normalmente suprimiendo o estimulando la continuidad del ciclo celular. Su pérdida o inactivación da lugar a una división celular descontrolada y a la formación de tumores o neoplasia. Los tumores pueden ser cancerosos y en algunas ocasiones fatales, o pueden ser completamente inocuos. Un crecimiento canceroso se denomina maligno y un crecimiento no canceroso se denomina benigno. Estos se caracterizan por estar formados por células no invasoras, pero que pueden ser eliminadas si interfieren con la función normal del organismo

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a. Diseminación

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El cáncer es una enfermedad que tiene un mecanismo secuencial, por lo que ofrece múltiples oportunidades para la intervención clínica. Para entender los principios básicos que gobiernan el desarrollo del cáncer, es necesario repasar primero cómo se organizan las células para funcionar en conjunto. Las células normales se reproducen solo cuando reciben instrucciones para hacerlo de parte de otras células

Capítulo 8

Biología humana y salud

vecinas. Además las células de cada tejido se mantienen restringidas en el tejido donde se originan, estableciendo conexiones con otras células. La sobrevida y reproducción celular dependen de esta adhesión: si no la hay, la célula deja de crecer, no se divide y comete suicidio, fenómeno que se conoce como muerte celular programada o apoptosis. El suicidio celular por pérdida de anclaje mantiene la integridad de los tejidos. Las células normales sencillamente no pueden separarse de su propio tejido e invadir a otro. Las células cancerosas violan estos esquemas siguiendo su propio esquema de reproducción. Las células cancerosas se caracterizan por tener la propiedad de invadir y formar masas tumorales en tejidos distantes. Este proceso recibe el nombre de metástasis y es la que hace que esta enfermedad sea letal. Los tumores compuestos de estas células malignas se hacen cada vez más agresivos y se hacen letales cuando provocan destrucción de los tejidos y órganos que se requieren para la sobrevivencia del organismo como un todo.

b. Tipos Actualmente el cáncer se clasifica por su apariencia microscópica y el sitio corporal del cual emerge. El nombre del cáncer se deriva del tipo de tejido en el cual se desarrolla; por ejemplo, el carcinoma se refiere a un tumor maligno desarrollado a partir de células epiteliales.

c. Factores de riesgo y epidemiología del cáncer Aunque el riesgo de desarrollar cáncer ha disminuido en este siglo, la frecuencia de las formas más significativas de la enfermedad han ido aumentando. Los cánceres de pulmón, mama, próstata, colon y recto se han hecho más frecuentes en países donde son más comunes los factores de riesgo, reconocidos agentes causantes de cáncer conocidos como carcinógenos, como el tabaquismo, malos hábitos alimenticios y la exposición a químicos dañinos, ya sea laborales o ambientales.

Protooncogenes: Son genes que funcionan normalmente promoviendo la división celular, por ejemplo los genes que codifican para factores de crecimiento. Para detener la división celular, estos genes y/o productos génicos tienen que inactivarse. Si los protooncogenes quedan permanentemente activados, entonces se pierde el control de la división celular, dando lugar a la formación de un tumor. Las formas mutantes de los protooncogenes se conocen con el nombre de oncogenes.

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Solo la dieta es rival del tabaquismo como causante del cáncer. En general, aumenta el riesgo de cáncer el consumo de grasas animales y carnes rojas. Ambos están fuertemente ligados al desarrollo de cáncer al colon y al recto. Las grasas animales saturadas parecen asociadas al cáncer de próstata.

Un ejemplo de gen supresor de tumores es p53, el cual regula el paso de la célula de G1 a S del ciclo celular, con la finalidad de asegurar que el ADN dañado sea reparado antes de que la célula entre a fase S. Debido a esto, p53 también es llamado “el guardián del genoma”. Este gen desencadena una serie de pasos programados que llevan a la célula a la muerte celular (apoptosis), en caso que el genoma no se pueda reparar.

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Entre las causas ambientales que pueden inducir esta enfermedad, están las sustancias derivadas del humo del tabaco: el tabaquismo causa el 30% de los cánceres más letales. El cáncer provocado por el hábito de fumar no solo afecta al pulmón sino que también a esófago, vejiga y páncreas y tal vez también genera cáncer gástrico, colon y riñones. El factor más importante es la duración del hábito. Mientras más temprano se empiece el hábito de fumar, más sustancialmente se amplía el riesgo, que puede llegar a ser de 2.000%.

Los genes supresores de tumores inactivan o reprimen el progreso del ciclo celular y de la división celular resultante. Estos genes y/o sus productos génicos deben estar ausentes o inactivos para que tenga lugar la división celular. Si estos genes quedan completamente inactivados o se pierden por mutación, se pierde el control sobre la división celular y la célula comienza a proliferar de un modo descontrolado.

281

capítulo

Las radiaciones ionizantes, como los rayos X, los rayos gamma y las radiaciones de partículas procedentes de sustancias radiactivas e incluso la luz ultravioleta, está relacionada con el cáncer.

Imagen de avance de tumores cancerosos

Actualmente se ha llegado al conocimiento de que el cáncer está ligado a alteraciones en ciertos genes. Estas alteraciones genómicas asociadas con el cáncer pueden implicar cambios a pequeña escala, como sustitución de un solo nucleótido; a gran escala, como reordenaciones cromosómicas, ganancias o pérdidas de cromosomas, integración de genomas virales en el cromosoma, alteraciones en genes llamados protooncogenes (su versión defectuosa se llama oncogén); y a defectos en los genes llamados supresores de tumores.

Las células cancerosas se liberan de la matriz celular.

Las células en las cercanías del vaso sanguíneo, atravesando su pared.

Sangre

d. Tratamiento Con los datos actuales se considera que, en teoría, se podría Las células cancerosas viajan, a través de prevenir casi el 50% de las muertes por cáncer eliminando la sangre o vasos factores de riesgo, incluyendo el tabaquismo y malos hábitos linfáticos, invadiendo un nuevo tejido alimenticios. Menos del 5% de la fatalidad por cáncer se (metástasis). debe a alteraciones genéticas heredadas. Una proporción de los cánceres aparece espontáneamente en un individuo sano, genéticamente normal, que se debería a productos propios del funcionamiento del organismo. Los datos epidemiológicos ayudan a establecer guías de prevención y a diseñar políticas de salud, pero sus datos no pueden utilizarse para predecir qué le ocurrirá a un individuo en particular si se expone a cualquiera de estos factores. El tratamiento del cáncer es difícil, pues el mismo cáncer puede contener una población diversa de células que no se comportan necesariamente de la misma manera en el cuerpo. Algunas de las células cancerosas pueden ser resistentes a los fármacos quimioterapéuticos, razón por la cual se puede usar combinada esta terapia junto con radioterapia, cirugía, hipertermia e inmunoterapia. Los científicos trabajan incesantemente en el desarrollo de una vacuna contra el cáncer, ya que lo que ocurre en esta enfermedad es que el sistema inmune falla para proteger a nuestro cuerpo. De acuerdo con esto, la meta de una vacuna contra el cáncer es estimular el sistema inmune para que conduzca un ataque exitoso contra las células del cáncer.

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Actividades

282

1. ¿Qué es el cáncer? 2. Describe las principales características del cáncer. 3. ¿El cáncer es una enfermedad hereditaria o no? Explica brevemente.

Capítulo 8

Biología humana y salud

3.3 Enfermedades nutricionales Las enfermedades nutricionales se producen por el consumo inadecuado de alimentos. Entre ellas destacan la obesidad, la malnutrición, la anorexia y la bulimia. a. Obesidad Es una enfermedad que se desarrolla cuando la cantidad diaria de comida excede los requerimientos corporales. De esta manera se está ingiriendo más alimento que el cuerpo necesita para su mantención y funcionamiento. Esto provoca que los excedentes se almacenen como grasas en los tejidos adiposos, especialmente en aquellos lugares del cuerpo que presentan baja movilidad. Las variables que contribuyen a este trastorno incluyen: factores genéticos, hábitos alimenticios aprendidos en la infancia, sobrealimentación para aliviar tensiones y algunas costumbres sociales como el sedentarismo. Cualquiera sea la causa, comer más de lo debido es peligroso para la salud. La hipertensión arterial es 10 veces más frecuente en los obesos. También hay un riesgo alto de sufrir trombosis coronaria, diabetes y otras enfermedades que disminuyen la calidad de vida del individuo.

b. Malnutrición Corresponde a un desequilibrio en la ingestión de nutrientes, ya sea por una ingestión calórica insuficiente o excesiva o por la deficiencia de nutrientes específicos. Las causas de malnutrición (subnutrición o ingestión inadecuada de alimento) son diversas. Por ejemplo, pueden ser resultado de condiciones como ayuno, anorexia nerviosa, cáncer, obstrucción gastrointestinal, enfermedad renal, pérdida excesiva de nutrientes (diarrea, hemorragia o glucosuria), sobrenutrición por exceso de vitaminas, minerales y calorías, entre otras. Uno de los principales tipos de subnutrición es resultado de la ingestión inadecuada de proteínas, calorías o ambas, necesarias para satisfacer los requerimientos nutritivos de una persona. Por ejemplo, la malnutrición proteica grave en niños pequeños da por resultado un trastorno llamado Kwashiorkor. Este término, de origen africano, se refiere a la situación en la que un primer hijo es desplazado del pecho de la madre cuando nace un hermano menor. El primero recibe entonces una alimentación deficiente en proteínas, puesto que esta es sólo a base de cereales. Debido a esto el crecimiento se suspende, los músculos se atrofian, se produce edema (observado en el abdomen protuberante), el niño se torna apático y anémico y el metabolismo se trastorna. Sin el consumo de aminoácidos esenciales, no se sintetizan enzimas digestivas, de modo que la poca proteína que llega a ingerirse no puede ser digerida.

Los individuos con anorexia nerviosa tienen una fijación de controlar su peso y suelen insistir en la necesidad de evacuar los intestinos diariamente pese a la ingestión deficiente de alimentos. Abusan de laxantes, lo cual agrava los desequilibrios electrolíticos y los déficit nutricionales. Este trastorno afecta principalmente a mujeres jóvenes y podría ser hereditario.

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Es una enfermedad crónica que se define como la pérdida de más de un cuarto del peso corporal normal, junto con el negarse a comer y el creer que todavía se está gordo.

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c. Anorexia nerviosa

283

capítulo

Las anormalidades de la menstruación, incluida la amenorrea, y la disminución del índice del metabolismo basal, reflejan los efectos depresivos de la inanición. El tratamiento consiste en psicoterapia y un tratamiento dietético especial.

d. Bulimia Se caracteriza por un ciclo de ingesta excesiva de alimentos, y expulsión de vómito. Los pacientes sienten ganas irrefrenables de comer para después autoinducirse el vómito. La pérdida brusca de contenido gástrico suele ir acompañada de déficit de sales minerales y fluidos corporales que luego producen alteraciones neurológicas. Otras alteraciones son: neumonía por aspiración del vómito, alteraciones del esmalte dentario, etc. Esta enfermedad está asociada a estados depresivos, temor a padecer sobrepeso, estrés y trastornos fisiológicos, como ciertos tumores a nivel del hipotálamo.

Actividades 1. ¿Qué es una enfermedad nutricional? 2. ¿Cómo se clasifican las enfermedades nutricionales? 3. Investiga acerca de las causas y efectos de enfermedades carenciales tales como: escorbuto, xeroftalmia, pelagra, beriberi, y raquitismo.

3.4 Consumo de alcohol y salud El alcohol es la droga más consumida en el mundo entero y su uso genera graves y costosos problemas sociales. En Chile, su uso supera por mucho el de cualquier droga ilícita como marihuana, cocaína y/o pasta base. De hecho, un 73,08% de los encuestados en el Cuarto Estudio Nacional sobre uso de Drogas en la población General, realizado el año 2000 por el CONACE, declaró haber consumido alcohol, contra un 6,28% que reconoció el consumo de cualquier droga ilícita en el último año. El consumo de alcohol provoca daños fisiológicos, psicológicos y sociales para quien lo consume y tiene graves consecuencias negativas para la familia, las amistades y la sociedad.

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El alcoholismo se ha relacionado con:

284

- Más del 50% de todas las muertes por accidentes automovilísticos. - Más del 50% de todos los crímenes violentos, y con más del 60% de los casos de maltrato de los hijos y cónyuge. - El nacimiento cada año de más de 15.000 niños con graves defectos congénitos, debido a que sus madres bebieron alcohol durante el embarazo.

Capítulo 8

Biología humana y salud

a. Alcoholemia, conducta, reflejos y coordinación muscular Nivel de alcohol en la sangre (g de alcohol por L de sangre)

Conducta, reflejos y coordinación.

De 0,1 a 0,3

Rango de tolerancia fisiológica, sin perturbación.

De 0,3 a 0,5

Algunos gestos perturbados, disminución en la sensibilidad en la visión, fallas en la estimación de las distancias.

De 0,5 a 0,8

Reacciones motrices perturbadas, euforia.

De 0,8 a 1.5

Reflejos perturbados, disminución del estado de vigilia; conductas peligrosas, estado de ebriedad leve.

De 1,5 a 3

Diplopía (ver doble); aspecto vacilante.

De 3 a 5

Estado de ebriedad evidente.

b. Efectos corporales El alcohol es un depresor del sistema nervioso central, puesto que inhibe diversas áreas de la neocorteza, afectando principalmente a las zonas relacionadas con el autocontrol conductual y la capacidad de juicio. De esta manera, una persona que ha consumido alcohol puede comportarse de diferentes maneras, por ejemplo, puede presentar estados de euforia o agresividad, que se puede acompañar de risa, llanto, locuacidad, etc. Además hoy en día está comprobada la relación entre el consumo excesivo de alcohol y una serie de enfermedades hepáticas. El alcohol ingerido es metabolizado en un 95% en el hígado, de modo que al llegar a los hepatocitos, las enzimas oxidan el alcohol a acetaldehído, el cual es oxidado a ácido acético y este, a su vez, es oxidado a agua y CO2 y de esa forma es eliminado del organismo. Los principales responsables del desarrollo de las enfermedades hepáticas son los átomos de hidrógeno eliminados del alcohol. Estos son transportados por moléculas del tipo NAD hasta las cadenas transportadoras de electrones, en las mitocondrias, produciéndose agua y ATP. Esto da por resultado que los azúcares, aminoácidos y ácidos grasos no sean degradados, sino que se conviertan en grasas, acumulándose en el hígado. Después de unos años, dependiendo de cuánto alcohol se consuma, los hepatocitos repletos de grasa comienzan a morir, generándose un proceso inflamatorio conocido como hepatitis alcohólica, disminuyendo de esta forma la función hepática. El próximo paso es la cirrosis que consiste en la formación de tejido cicatrizal, el cual interfiere con la función de las células individuales, así como con el aporte de sangre al hígado, llevando a la muerte a estas células. Otros efectos que genera el alcohol son sudoración, vasodilatación, taquicardia, inhibición de la hormona ADH, etc.

3.5 Consumo de tabaco (cigarrillo) y salud a. Características

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En el tabaco existen unas 1.200 sustancias tóxicas, incluyendo algunos compuestos radiactivos como el polonio. Algunas se inhalan como gases y otras van en suspensión en el humo en forma de partículas, entre los cuales se encuentran los alquitranes, la nicotina, el fenol y derivados como por ejemplo el benzopireno, que presenta mayor acción cancerígena.

285

capítulo

b. Efectos corporales Los efectos más conocidos son los que se presentan tanto sobre el sistema respiratorio como en el sistema cardiovascular.

Efectos nocivos de los componentes del tabaco en el organismo Componentes del tabaco (cigarrillo)

Efectos

Humo

Irritación en las vías aéreas.

Gases como amoniaco, formaldehído, acetaldehído

Inmovilización y destrucción de los cilios de la mucosa respiratoria, provocando bronquitis crónica e infecciones frecuentes.

El monóxido de carbono

Interviene en la generación de aterosclerosis y en lesiones del aparato cardiovascular; disminuye la capacidad de trabajo cardiaco y forma carboxihemo-globina, de esto modo el fumador recibe menos oxígeno en sus tejidos. Provoca además cefaleas y náuseas.

Nicotina

Responsable de los fenómenos de tolerancia y dependencia psíquica provocadas por el consumo de tabaco. Presentan efectos tanto estimulantes como sedantes. Este doble efecto se produce según la dosis (cantidad de cigarrillos) y el estado psicológico del usuario.

Alquitranes

Se depositan a lo largo de las vías respiratorias y estimulan el desarrollo de cáncer pulmonar.

La acumulación de sustancias irritantes en las vías respiratorias provoca enfermedades pulmonares obstructivas como enfisema y bronquitis. Otros efectos del consumo de cigarrillo son: • El monóxido de carbono del humo del cigarrillo puede contribuir a generar problemas reproductivos que experimentan las mujeres embarazadas que fuman como, por ejemplo, que se incremente la incidencia de infertilidad, abortos espontáneos, menor peso de los bebés al nacer y en general, los hijos cuyas madres son fumadoras presentan mayores problemas de aprendizaje y conducta. • El caso de las personas que son fumadores pasivos como niños y adultos, ellos presentan un riesgo real de adquirir enfermedades, tales como, pulmonía, infecciones al oído, menor capacidad pulmonar, asma, aumento del desarrollo de resfríos, etc.

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3.6 Consumo de drogas, solventes y otras sustancias químicas sobre la salud

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En las noticias, a cada momento, nos informan acerca de las drogas, especialmente relacionadas con el narcotráfico. Es posible que todos pensemos en cualquier país menos en Chile. Sin embargo, las drogas están en todas partes, en nuestras calles, entre nuestras amistades y en el colegio. Por tal razón, te queremos invitar a que conozcas los principales efectos de las drogas que se consumen e nuestro país, el significado de la palabra droga y algunos conceptos relacionados con esa palabra. Actualmente, los especialistas definen como drogas a cualquier sustancia que al introducirse en el organismo, produce cambios en el funcionamiento psicológico o físico del individuo que las consume.

Capítulo 8

Biología humana y salud

La clasificación de las drogas, puede basarse en diferentes criterios. El criterio que utilizaremos tiene que ver con si su consumo está permitido o no por ley. Por esta razón, clasificaremos a las drogas como lícitas (legales), como el tabaco, los fármacos de prescripción médica, el alcohol, etc., e ilícitas (ilegales), como por ejemplo, la marihuana, la heroína, el opio, la cocaína, etc. Todas las drogas, cualquiera sea la forma en que se consuman, pasan a la sangre y, a través de ella, llegan a todo nuestro cuerpo y al cerebro, generando diferentes efectos. Algunas drogas producen excitación o estimulación, otras relajación y otras distorsionan la realidad. Por esta razón se clasifican como estimulantes, tranquilizantes y alucinógenos, respectivamente. Nomenclatura básica Concepto

Definición

Hábito

Es la costumbre de consumir un determinado preparado, por razones psicológicas, pero sin hacer mención de los aspectos físicos.

Adicción

Es el deseo irrefrenable de continuar consumiendo drogas, que manifiesta una persona que se ha habituado a ella y a sus efectos como resultado de un consumo repetido.

Dependencia

Es el estado en el cual un adicto debe continuar consumiendo la droga para evitar los síntomas que resultan de la abstinencia. Dependencia psicológica: Se caracteriza por una compulsión o un deseo intenso por continuar usando drogas, acompañado de sentimientos de satisfacción y del deseo de repetir la experiencia con la droga o de evitar el malestar que produce al no tomarla. Dependencia física: Se caracteriza por una demanda celular a una droga específica, presentándose trastornos fisiológicos adversos, que surgen de la falta de consumo.

Tolerancia

Es la necesidad de aumentar progresivamente la cantidad de droga consumida para obtener la misma respuesta original. De esta manera, se genera la capacidad decreciente de respuesta a las mismas cantidades de drogas.

Síndrome de privación (de retirada o de abstinencia)

Se refiere a un conjunto de síntomas y signos que se presentan al suspender bruscamente la administración de una droga. Los efectos pueden ser tan dramáticos, que pueden llegar a provocar la muerte del individuo.

Drogadicción o toxicomanía

Es la adicción a las drogas. Sus componentes básicos son: tolerancia, dependencia y búsqueda compulsiva de la droga.

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capítulo

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Efectos de algunas drogas de uso masivo Tipo de droga

Características generales

Efectos en el organismo

Marihuana

Se obtiene de una variedad de planta conocida como Cannabis sp. El principio activo que contiene es el delta 9-tetradihidrocanabinol (THC).

Se trastorna la percepción de la profundidad y el sentido del tiempo. Se producen, además, alteraciones en percepción visual; incrementa la sensibilidad auditiva, táctil, gustativa y olfatoria; se altera la memoria.

Cocaína

Es un alcaloide que se obtiene de las hojas de un arbusto (Erytroxilon coca), que crece en el altiplano del Perú, Bolivia y Colombia.

Los efectos corresponden a los de un psicofármaco estimulante. Produce euforia, aumenta los estados de alerta, genera sensaciones de bienestar, supresión de la fatiga, estimula los centros de placer, disminuye el tiempo de reacción, entre otros.

Pasta base

La pasta base de cocaína (PBC) es la cocaína no tratada, que se extrae de las hojas del arbusto de la coca, a través de un proceso de maceración y mezcla con solventes como parafina, bencina y ácido sulfúrico.

Disminución de inhibiciones, sensación de placer, éxtasis, intensificación del estado de ánimo, cambios en los niveles de atención; disminución del hambre, el sueño y la fatiga; pérdida de peso, náuseas y/o vómitos, sequedad de la boca, entre otros.

Opiáceos

Son aquellas sustancias cuya acción farmacológica es similar a la de la morfina (derivado del opio). Los opiáceos derivan de una planta conocida como amapola doble (Paper somniferum). Del jugo de esta planta, se pueden obtener, morfina, heroína, entre otros.

Los opiáceos desarrollan fenómenos de dependencia psicológica, física y tolerancia. Éstos actúan uniéndose a los receptores de endorfinas naturales del organismo, los cuales se localizan preferentemente en las estructuras relacionadas con la percepción dolorosa.

Morfina

Alcaloide natural, obtenido directamente de la amapola.

Ejerce un efecto analgésico, además somnolencia, naúseas y entorpecimiento de las actividades mentales.

Heroína

La heroína es considerada la droga más cara y tóxica de los opiáceos, pues es la que provoca más muertes dentro de este grupo. Se suministra preferentemente por vía intravenosa y subcutánea, pero también puede fumarse mezclada con tabaco.

Produce euforia, sensación de paz, optimismo, alegría y seguridad. En una mujer, la heroína disminuye la secreción de gonadotrofinas, lo que provoca una alteración de los ciclos sexuales. En el varón produce problemas en la eyaculación. Las dosis altas provocan sueño y se puede producir la muerte por paro respiratorio o por un colapso cardiovascular. Los efectos analgésicos de la heroína son tres veces mayores que la morfina.

LSD (Dietilamida del ácido lisérgico)

Es una droga de tipo psicodélica y semisintética.

Su consumo provoca sobreexcitación, distorsiones sensoriales y alucinaciones.

Capítulo 8

Biología humana y salud

Son drogas de producción artificial que tienen un gran poder estimulante. La acción de las anfetaminas varía considerablemente entre individuos, ambientes y circunstancias.

Provocan sensación de euforia y bienestar, que se manifiesta con excitación nerviosa, insomnio, locuacidad, en ocasiones agresividad, ausencia de apetito y de fatiga e hiperactividad.

Extasis

Su nombre químico es MDMA o Metilendi oximetanfetamina. Es una composición basada en las anfetaminas a la que se adicionan otras sustancias.

Las dosis pequeñas hacen que el individuo esté alerta, sereno, amistoso y sociable, a lo que se suma una intensa sed y mayor sensibilidad para las percepciones sensoriales; alteración de la percepción del tiempo, la capacidad de concentración y coordinación. Puede también presentarse somnolencia, ansiedad, depresión e irritabilidad.

Inhalantes

En este grupo se incluyen diversas sustancias que provienen de elementos de uso industrial o doméstico, como disolventes, pegamentos, componentes empleados para el maquillaje, etc. Un ejemplo de inhalantes es el Tolueno, perteneciente a la familia de los hidrocarburos. Se consume principalmente por inhalación. Los inhalantes como el tolueno o el neoprén, no producen dependencia física, pero sí psíquica y fenómenos de tolerancia. Estas drogas, se consideran como “las drogas de los pobres”.

Bajo los efectos del tolueno, los consumidores no sienten frío, hambre, ni angustia; presentan pérdida de la memoria y audición, espasmos en las extremidades; pérdida de lucidez, daño cerebral y medular. Además el tolueno puede causar dolores de cabeza, problemas de concentración, irritaciones en la piel, nariz, garganta y ojos.

Cafeína

Se obtiene de la planta del café (Coffea arabica). Se puede encontrar en diversas bebidas como el café, el té, el mate, las bebidas cola, etc.

Eleva el estado de alerta, reduce la fatiga y somnolencia.

Anfetaminas

Dependencia y tolerancia a drogas y fármacos de uso más frecuente en la población Tipo de droga

Dependencia psicológica

Tolerancia

Estimulantes • Cocaína • Nicotina • Anfetaminas • Cafeína • Pasta base

? + ? ? ?

+++ ++ +++ ++ +++

++ ++ ++++ +++ ++

Alucinógenos • LSD • Marihuana

0 0

++ ++

++ +

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Simbología utilizada Ningún efecto: 0 Efecto leve: + Efecto moderado: ++ Efecto pronunciado: +++ y ++++ No se sabe: ?

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Dependencia física

289

capítulo

a. El consumo de drogas en Chile Estudios llevados a cabo por el CONACE (Consejo Nacional para el Control de Estupefacientes) nos muestran datos muy preocupantes. Por ejemplo, se sabe que un 4% de las personas entre 12 y 64 años de edad ha consumido cocaína alguna vez en su vida y un 2,3% en ese mismo rango de edad ha consumido pasta base. El consumo de marihuana alcanza valores de un 17%. Lo que más preocupante es el aumento que sigue experimentando el consumo de este tipo de drogas, y en especial que su inicio se da en un promedio de edad de 15 años.

b. Causas del consumo de drogas Algunos estudios realizados en el año 1999, a estudiantes chilenos que cursaban 8º año básico y cuarto medio, muestran que los estudiantes que presentan mayores factores de riesgo son aquellos que manifiestan conductas agresivas y los que poseen amigos y amigas que consumen, además de problemas familiares y dificultades en el colegio. Pero principalmente debemos considerar que son las características individuales o del ambiente las que inciden en la persona y la hacen propensa al consumo de drogas.

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Causas del consumo

290

Porcentaje

Bajo nivel de autoestima

17,4%

Mal uso del tiempo libre

47,7%

Falta de líderes juveniles

13%

Otras

4,3%

Capítulo 8

Biología humana y salud

3.6.1 Prevención A este nivel, usted se habrá formado una idea más o menos concreta de lo que significan las drogas para su organismo, sus mecanismos de acción, sus efectos y algunas consecuencias de la drogadicción. Son varias las condiciones primarias que habría que considerar en el desarrollo de una sociedad sana, libre de drogas. Por estar más vulnerables a las influencias del medioambiente, la prevención adquiere mayor importancia en los jóvenes, especialmente, los adolescentes. En la actualidad existen diferentes instituciones preocupadas de prevenir y combatir el consumo de drogas y su abuso, además de centros encargados de la rehabilitación de los enfermos drogadictos.

Actividades 1.

¿Qué es una droga?

2. Explica por qué el alcohol es considerado una droga. 3. Describe en forma general los principales efectos del alcohol en nuestro organismo. 4. Indica todos los efectos que genera en nuestro organismo el consumo de cigarrillo. 5.

¿Qué significa que una persona presente tolerancia a un cierto tipo de droga?

6. ¿Cómo relacionarías adicción, tolerancia y dependencia a las drogas? 7. ¿Cuál de las drogas que tú has conocido en este capítulo es la más perjudicial para nuestra salud? Fundamente su respuesta. 8. ¿Existen diferencias entre las drogas lícitas e ilícitas en cuanto a la capacidad de generar dependencia física o psicológica? ¿Qué tipo de drogas generan un mayor grado de tolerancia en un individuo y por qué? 9. Explica lo que le sucedería a una persona adicta si suspende repentinamente el consumo de drogas. 10. ¿Qué medidas tú crees que se deberían tomar en tu colegio para disminuir la incidencia en el consumo de drogas y en la sociedad en general?

3.7 Sistema cardiovascular y salud

• Tabaquismo: Algunos componentes del humo del tabaco dañan el revestimiento endotelial de los vasos sanguíneos, los que ocasiona aterosclerosis. De esta manera, el riesgo a sufrir esta enfermedad es dos a seis veces mayor en fumadores que en no fumadores.

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Se han identificado algunos factores de riesgo principales que inciden en el desarrollo de este tipo de enfermedades. Estos son:

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Las enfermedades cardiovasculares son la principal causa de muerte en el mundo, especialmente en ciudades industrializadas.

291

capítulo

Pulmón de una persona no fumadora.

Pulmón de una persona con enfisema (por efecto del tabaquismo)

• Dieta rica en colesterol: Las dietas ricas en colesterol y grasas saturadas provoca que estas se depositen en la musculatura lisa de la pared de los vasos sanguíneos. Luego se forma tejido fibroso alrededor de dichas grasas y finalmente con el tiempo se deposita calcio, generándose placas duras que reduce el diámetro de los vasos sanguíneos. Esto da por resultado una enfermedad conocida como aterosclerosis. • Sedentarismo: La práctica de ejercicios con regularidad ayuda a disminuir la presión arterial, la ansiedad y la depresión, controla el peso corporal y aumenta la capacidad del organismo para disolver coágulos gracias a una mayor actividad fibrinolítica (destrucción de coágulos). De esa forma el sedentarismo es considerado una de las principales causas de enfermedades cardiovasculares. • Diabetes mellitus: En esta enfermedad al no metabolizarse en forma adecuada la glucosa, el organismo metaboliza las grasas, aumentando considerablemente la concentración de lípidos circulantes. • Obesidad: Esta enfermedad influye en la concentración de colesterol e incrementa el riesgo de hipertensión y diabetes. • Otros factores de riesgo son: El estrés, la predisposición hereditaria, la edad, el género, los patrones de comportamiento y los factores alimentarios.

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3.7.1 Enfermedades cardíacas

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Puesto que el papel del corazón es esencial en la circulación de la sangre, las disfunciones y enfermedades de ese órgano pueden afectar la vida en forma grave. La muerte por enfermedad cardíaca es responsable de un tercio de todas las muertes en occidente. Muchas enfermedades pueden afectar al corazón. Este puede inflamarse, como en el caso de una pericarditis; las válvulas pueden enfermar o resultar dañadas; puede presentarse una anormalidad en el flujo de sangre al corazón como en el caso de una trombosis coronaria, o un ritmo cardíaco anormal. Por otro lado, algunas enfermedades cardíacas pueden ser congénitas, o sea, están presentes desde el nacimiento. A continuación revisaremos aquellas enfermedades cardíacas más importantes y conocidas en la actualidad.

Capítulo 8

Biología humana y salud

a. Angina de pecho Es el síntoma de una enfermedad coronaria más que una enfermedad en sí. Angina de pecho significa tórax doloroso, y es el resultado de un aporte insuficiente de oxígeno al corazón, debilitando las células cardíacas, pero no matándolas (isquemia). Las causas más comunes incluyen estrés, ejercicio extenuante después de una comida abundante, aterosclerosis, espasmo coronario, hipertensión, fiebre, anemia, hipertiroidismo y estenosis aórtica. El síntoma más claro se describe típicamente como una sensación dolorosa en el pecho o pesadez en el pecho. El dolor asociado con este problema se proyecta al cuello, la mandíbula, el hombro y brazo izquierdo. Se presenta durante el ejercicio o en situaciones de estrés físico o mental, pero se alivia con reposo.

b. Infarto al miocardio o ataque cardíaco Infarto significa muerte de un área de tejido debido a la interrupción del aporte sanguíneo. El infarto al miocardio puede resultar de un trombo o coágulo que bloquea parcial o totalmente el flujo de sangre a través de una arteria coronaria, lo que se denomina comúnmente como trombosis coronaria. El tejido distal a la obstrucción muere y se reemplaza por tejido cicatrizal no contráctil. La gravedad de la situación depende de dónde aparezca la obstrucción o el infarto. Si afecta solo una parte pequeña del corazón, la persona sobrevivirá al ataque. Sin embargo, si la obstrucción priva a una zona grande del miocardio del riego sanguíneo, el resultado puede ser la muerte. Los síntomas normalmente aparecen sin previo aviso y es probable que el síntoma principal sea el dolor. Este es relativamente constante, se siente en el centro del pecho y probablemente se extenderá a uno o los dos brazos, a veces al cuello y a la mandíbula. El dolor puede ir acompañado de debilidad, mareos y falta de aliento. El grado puede variar de un dolor difuso a una sensación de opresión. En el caso de las personas mayores no presentan dolor, pero puede haber debilidad, falta de aliento y mareos. Estos síntomas pueden ser precedidos por un período de cansancio anormal, laxitud y malestar general. Sin embargo, a veces estos síntomas están ausentes y solo se descubre el problema luego de un chequeo médico.

c. Arritmias Término general que se refiere a una anormalidad o irregularidad en el ritmo cardíaco. Resulta cuando hay una alteración en el sistema de conducción del corazón, ya sea debido a una producción deficiente de impulsos eléctricos o a fallas en la conducción en el momento en que atraviesan el sistema. En determinadas condiciones, casi todo el tejido del corazón es capaz de iniciar un latido o de convertirse en el marcapasos. Una arritmia ocurre cuando: • El marcapasos natural del corazón produce una frecuencia o ritmo anormales.

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• Otra parte del corazón asume el poder como marcapasos.

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• La vía normal de conducción se interrumpe.

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d. Coronariopatías

capítulo

Es una situación en la cual el músculo cardíaco recibe una cantidad inadecuada de sangre debido a la interrupción de su aporte sanguíneo. Dependiendo del grado de interrupción, pueden ir desde un dolor moderado hasta un gran ataque cardíaco. Las causas son muchas y variadas. Dos de las principales son la aterosclerosis y espasmo de la arteria. Otra es un trombo o un émbolo en la arteria coronaria.

3.7.2 Enfermedades de los vasos sanguíneos a. Aterosclerosis Es una enfermedad de las arterias grandes e intermedias en la que aparecen lesiones grasas en forma de placas denominadas ateromas en las superficies internas de las paredes vasculares. Estas placas se forman producto del depósito de cristales de colesterol en las capas internas y medias de estos vasos. Con el tiempo crecen y a medida que lo hacen se van depositando iones de calcio sobre ellas junto con otros lípidos, produciéndose calcificaciones de dureza ósea que convierten las arterias en tubos rígidos. Estos estadios finales de la enfermedad se conocen como aterosclerosis. Todos estos cambios conducen a un estrechamiento gradual del vaso que termina con una disminución del flujo sanguíneo, pudiendo generar la muerte del tejido irrigado (infarto). Las arterias arterioscleróticas pierden la mayor parte de su distensibilidad y, debido a las áreas degenerativas de sus paredes, se rompen con facilidad.

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Arteria normal

294

Arteria con ateromas

En personas menores de 60 años esta enfermedad es más frecuente en hombres que en mujeres, debido a que los estrógenos producidos por la mujer protegen de esta enfermedad. Entre los principales causantes están: la obesidad, la Diabetes mellitus, la vida sedentaria, el monóxido de carbono del cigarrillo y el consumo de grandes cantidades de grasas animales en la dieta. En la actualidad esta enfermedad también puede aparecer en adultos, jóvenes y niños debido al alto consumo de comida chatarra o con un alto contenido de colesterol. Con el envejecimiento también pueden aparecer depósitos de grasas en los vasos sanguíneos que irrigan al cerebro, generándose una disminución en el riego sanguíneo. Como este órgano es muy sensible, responde inmediatamente, produciendo ataques de vértigo, mareos, hormigueos en los brazos y dedos, debilidad muscular y perturbaciones visuales.

b. Trombosis Consiste en la formación de un coágulo o trombo de sangre en el interior de un vaso sanguíneo o en un órgano. Tanto arterias como venas pueden verse afectadas. En las arterias el coágulo puede ser causado por ateromas o por una lesión debida a un accidente o una operación quirúrgica. Esta interrupción de la corriente sanguínea al tejido

Capítulo 8

Biología humana y salud

regado por la arteria afectada, puede causar la muerte de esa parte del cuerpo, al igual que en la trombosis coronaria y cerebral. La trombosis de las venas es mucho más frecuente que la de las arterias. Si el trombo se queda atascado en una vena, puede causar una inflamación (flebitis) de la pared arterial y del tejido circundante. La trombosis venosa corresponde a la presencia de un trombo en una vena; de manera física se presenta en las venas profundas de las extremidades inferiores. Las dos complicaciones serias de esta enfermedad son embolia pulmonar, en la cual un trombo se desprende y se aloja en la red arterial pulmonar, y el síndrome posflebítico, cuyos síntomas son, edema, dolor y cambios en la piel. El confinamiento prolongado en cama, una larga y debilitante enfermedad pueden producir las condiciones favorables para el desarrollo de una trombosis, particularmente en las venas, afectando a la corriente sanguínea y a los mecanismos de coagulación. La formación de trombosis también se da en ciertos tipos de trastornos sanguíneos, por la ingestión de píldoras anticonceptivas con altos niveles de estrógeno y a raíz de complicaciones de enfermedades infecciosas como fiebre tifoidea, tuberculosis, poliomielitis y encefalitis.

c. Embolia Un émbolo es de cualquier material (fragmentos de trombo, gotas de grasa, burbujas de aire, ateromas, células sanguíneas, etc.) que es transportado por la corriente sanguínea hasta que se aloja en un vaso y , bloqueando el flujo de sangre y provocando una embolia. Se produce en una parte del cuerpo diferente del lugar donde se produce el bloqueo. El trombo permanece en el mismo lugar donde se origina, pero una parte puede desprenderse y formar un émbolo.

Sabías que... Las varices son trastornos de las venas, que se producen al estar las válvulas venosas defectuosas, como consecuencia las venas se dilatan y presentan un aspecto tortuoso. Las válvulas defectuosas permiten el reflujo de sangre y con ello su acumulación. Esto trae como consecuencia que aumente la presión dentro de las venas, lo que provoca que parte del líquido pase a los tejidos circundantes, generando su inflamación. Las causas de este trastorno pueden ser congénitas, hereditarias, como resultado del esfuerzo mecánico como el embarazo o permanecer mucho de pie o el envejecimiento.

3.8 Enfermedades de transmisión sexual Las enfermedades de transmisión sexual (ETS) son enfermedades infecciosas adquiridas por contacto sexual. El agente infeccioso difiere entre ellas, pero se caracterizan por el modo de transmisión. Pueden ser causadas por bacterias, virus, hongos o parásitos. Algunas pueden afectar gravemente la salud, e incluso ser mortales.

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El principal modo de transmisión de las ETS es el contacto sexual de todo tipo, ya sea heterosexual u homosexual. Sin embargo, debemos considerar que el riesgo de infección aumenta con el número de contactos sexuales, especialmente si se trata de parejas múltiples. Además se debe tener en cuenta que basta una sola relación sexual sin protección para infectarse, aunque sea la primera.

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a. Formas de transmisión

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capítulo

Los contactos de carácter sexual que no involucran penetración, como besos y caricias, no son de riesgo, siempre y cuando no existan lesiones en los labios, piel y regiones genitales. Además de los contactos sexuales existen otras formas de contagio menos frecuentes como la transmisión de la madre al feto durante el embarazo, parto o amamantamiento; transfusión de sangre o de productos sanguíneos; uso de jeringas o de otros instrumentos contaminados y, por último, algunas ETS pueden adquirirse al usar descuidadamente un baño que haya sido previamente contaminado.

b. Principales tipos de ETS Enfermedades

Gonorrea

Sífilis

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Bacteria Neisseria gonorrhoeae

Bacteria Treponema pallidum

Herpes genital

Virus Herpes simple tipo II. Este virus nunca sale del cuerpo; reside en ciertas células nerviosas de donde sale a intervalos impredecibles. El virus Herpes simple tipo I, es el que causa ulceraciones en la boca y labios.

Hepatitis B

Virus hepatitis B

Hepatitis C

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Agente patógeno

Virus hepatitis C

Síntomas y tratamiento Secreción genital, ardor al orinar, dolor durante la relación sexual. Puede ser asintomática, pero con capacidad de infectar. Su tratamiento es con antibióticos: doxiciclina y azitromicina.

Complicaciones

Esterilidad en hombres y mujeres.

Ulceraciones indoloras en genitales y otros órganos. Después erupción generalizada e inflamación de los ganglios. Más adelante daño en el sistema nervioso. El tratamiento es con antibiótico como la penicilina.

Esterilidad y daño en el sistema nervioso, vascular y esqueleto.

Vesículas y ulceraciones en genitales, el ano, zona superior de los muslos y glúteos. El medicamento aciclovir inhibe el copiado del ADN viral y puede reducir la gravedad de los brotes.

Cáncer de cuello uterino.

Fiebre, vómitos, ictericia. Hasta este momento se cuenta con vacunas producidas con la tecnología de ADN recombinante, para prevenir la infección.

SIDA

Virus de la inmunodeficiencia humana (VIH)

Debilitamiento del sistema inmune. Diversas alteraciones, debilitamiento general, fiebre, cáncer, etc. No existe cura para esta enfermedad, pero ciertos fármacos como la AZT y los inhibidores de proteasa, pueden prolongar la vida.

Candidiasis

Hongo Candida albicans

En el varón, se produce la inflamación del glande. En la mujer, se presenta secreción genital abundante y lechosa e irritación vaginal. El tratamiento de esta enfermedad es con antimicóticos.

Cirrosis, cáncer hepático.

Infecciones oportunistas.

Recurrencia de la enfermedad.

Capítulo 8

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Pediculosis del pubis

Parásito Phthirius pubis (ladilla).

Picazón en la zona púbica. Esta enfermedad se puede controlar con una higiene cuidadosa y tratamientos químicos.

Ninguna

c. Prevención Todas las ETS se previenen con un control responsable de la actividad sexual como la abstinencia, pareja única, uso correcto del condón, controles médicos e higiene adecuada.

Actividades 1. Averigua para cada una de las enfermedades mencionadas en la tabla el tiempo de incubación y sus principales vías de transmisión. 2. ¿Cuál de estas enfermedades de transmisión sexual se presenta en mayor porcentaje en nuestro país? Fundamenta su respuesta.

4. Atención integral de la salud Como se dijo al comenzar el desarrollo de esta unidad, “la salud no es solo la ausencia de enfermedad sino un estado de completo bienestar físico, mental y social”. Para que se cumplan los postulados de esta definición se requiere de una atención integral de la salud, es decir, de un programa destinado al fomento, protección, recuperación y rehabilitación del estado de salud.

a. Niveles de prevención Las acciones relacionadas con la atención integral de la salud son esquematizadas frecuentemente en tres niveles de prevención:

• Prevención terciaria: Comprende las actividades que conducen a limitar el daño producido por una enfermedad y a rehabilitar al individuo. Para ciertos casos se encuentran centros de rehabilitación, como la Teletón y otros como la Sociedad de alcohólicos anónimos.

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• Prevención secundaria: Consiste en que producida la enfermedad se le debe detectar y tratar rápidamente para que el daño no avance y provoque mayores consecuencias en las personas. Esto es especialmente importante en el cáncer.

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• Prevención primaria: Involucra tanto el fomento de la salud como la protección específica. El fomento de la salud se refiere a las medidas de organización de la salud pública, las políticas de salud, la calidad de vida de las personas. Todas condiciones que permiten mejores condiciones de salud a la población. La protección específica involucra medidas que apuntan a grupos más vulnerables o que tienen mayor riesgo de contraer una enfermedad, por ejemplo, el caso de las vacunas que protegen contra infecciones como la poliomelitis, rubéola, viruela, etc.

297

capítulo

b. Salud Pública Es una de las más importantes ramas de la Medicina que realiza un Diagnóstico de la Situación de Salud de una población, estimando el “Nivel de Salud” en un tiempo determinado. Para esto, estudia tres factores fundamentales: • Población: Se estudia el tamaño, estructura por edad y sexo, distribución geográfica, natalidad, mortalidad, migraciones. • Medioambiente: Se estudia el nivel de instrucción, tipo de vivienda, urbanización, trabajo, calidad de alimentación, seguridad social, libertades humanas, recreación.

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Preuniversitarios

• Acciones médicas de salud: Número de médicos por habitantes, número de hospitales, programas nacionales o regionales de atención, etc.

298

Capítulo 8

Biología humana y salud

Conceptos fundamentales

1. Agente patógeno: Es un microorganismo que altera la homeostasis de un individuo, enfermándolo. Entre los agentes patógenos más comunes están los virus, las bacterias, los hongos, algunos protozoos y los parásitos. 2. Cáncer: Es una enfermedad en la que algunas de las células corporales escapan a los procesos de control celular y se dividen sin control. 3. Droga: Es toda sustancia exógena que provoca una alteración en los procesos fisiológicos y mentales de un individuo. 4. Edema: Acumulación anormal de líquido en un tejido. 5. Enfermedad: Pérdida del completo estado de bienestar de un individuo. 6. Enfermedades congénitas: Son aquellas que se generan durante el desarrollo embrionario y/o fetal. Estas enfermedades se manifiestan al momento del nacimiento. 7. Enfermedades hereditarias: Son aquellas capaces de transmitirse a la descendencia y, por lo tanto, son portadas por los gametos. 8. Salud: Según la OMS, corresponde al estado de completo bienestar físico, mental y social y no solo a la ausencia de la enfermedad. 9. Trombo: Es un coágulo que se forma en un vaso sanguíneo, permaneciendo en el mismo lugar. 10. Tumor: Masa de células que se forma en un tejido normal. Esto se debe a un crecimiento anormal de células.

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299

Atención integral de salud

Físico

Estado de salud

Enfermedad

Mental

Completo bienestar

Hereditarias

Alteración del material genético

Genéticas

Social

Sociales

Alcoholismo

Tabaquismo

Drogadicción

Prevención

Sistémicas

Cardiovasculares Digestivas Respiratorias Renales

Primaria

Secundaria

Terciaria

Infectocontagiosa

Enfermedades de transmisión sexual Contagio digestivo Contagio respiratorio

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Nutricional

capítulo

Malnutrición

Albinismo Daltonismo Hemofilia Anemia falciforme

300

Obesidad

Síndrome de Down Mutaciones Cromosómicas Mutaciones génicas

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Capítulo 8

Biología humana y salud

Ejercicios Ejercicios resueltos 1. ¿Cuál de las siguientes enfermedades NO es catalogada como parasitaria? A) Teniasis. B) Herpes. C) Sarna. D) Amebiasis. E) Enfermedad de Chagas. Correcta: B. Habilidad: Reconocimiento. Defensa: El herpes es una enfermedad infectocontagiosa producida por un virus. Se conocen dos tipos de herpes: el herpes simple tipo I y el herpes simple tipo II.

2. ¿Cuál(es) de las siguientes enfermedades es(son) considerada(s) de transmisión sexual? I) Gonorrea. II) Sífilis. III) Hepatitis A. A) B) C) D) E)

Solo I Solo II Solo III Solo I y II Solo I y III

3. El cáncer es una enfermedad que se puede producir por I) mutaciones que interrumpen cualquier paso de la regulación del ciclo celular. II) aberraciones cromosómicas, producto del intercambio de material genético entre cromosomas no homólogos. III) inserción de secuencias de ADN foráneo, a menudo viral, en loci de cromosomas humanos. Es (son) correcta(s) A) B) C) D) E)

solo I. solo II. solo I y II. solo I y III. I, II y III.

Correcta: E. Habilidad: Reconocimiento. Defensa: El cáncer se puede producir por: mutaciones que afecten cualquier paso en la regulación del ciclo celular, así como por aberraciones cromosómicas o por la inserción de secuencias de ADN foráneo en cromosomas humanos.

Correcta: D. Habilidad: Reconocimiento. Defensa: Son enfermedades de transmisión sexual la gonorrea, sífilis, SIDA, entre otras. En el caso de la hepatitis, solo las de tipo B y C son consideradas de transmisión sexual.

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301

capítulo

Ejercicios

4. ¿Qué diferencia existe entre un gen supresor de tumores y un protooncogén? A) El primero inactiva el progreso a través del ciclo celular y el segundo promueve la división celular. B) El primero estimula el progreso a través del ciclo celular y el segundo promueve la división celular. C) El primero inactiva el progreso a través del ciclo celular y el segundo reprime la división celular. D) El primero inactiva el progreso a través del ciclo celular y el segundo forma el tumor. E) El primero activa el progreso a través del ciclo celular y el segundo reprime la división celular. Correcta: A. Habilidad: Comprensión. Defensa: Genes supresores de tumores: inactivan o reprimen el progreso a través del ciclo celular y de la división celular resultante. Estos genes y/o sus productos génicos deben estar ausentes o inactivos para que tenga lugar la división celular. Si estos genes quedan completamente inactivados o se pierden por mutación, se pierde el control sobre la división celular y la célula comienza a proliferar de un modo descontrolado. Protooncogenes: funcionan normalmente promoviendo la división celular. Por ejemplo, los genes que codifican para factores de crecimiento. Para detener la división celular, estos genes y/o productos génicos tienen que inactivarse.

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302

Ejercicios propuestos

1. ¿Cuál(es) de las siguientes enfermedades es(son) catalogada(s) como infectocontagiosas? I) Fiebre tifoidea. II) Gripe. III) Sífilis. A) B) C) D) E)

Solo I Solo II Solo I y III Solo II y III I, II y III

2. El síndrome de Down es un defecto congénito que se produce a raíz de I) una alteración numérica del cromosómico. II) una traslocación cromosómica. III) una no disyunción.

pool

Es (son) correcta(s) A) B) C) D) E)

solo I. solo II. solo III. solo II y III. I, II, III.

Se dice que una persona padece SIDA cuando A) está infectado por el VIH. B) es portador. C) está infectado por el VIH y no presenta síntomas. D) está infectado por el VIH y presenta los síntomas. E) es un enfermo potencial.

Correcta: D. Habilidad: Reconocimiento. Defensa: La persona tiene que estar infectada y presentar el síndrome (conjunto de síntomas). De lo contrario, se considera portador asintomático.

3. ¿Cuál(es) de la(s) siguiente(s) es(son) factores de riesgo para desarrollar cáncer? I) Tabaquismo. II) Malos hábitos alimenticios. III) Radiaciones ionizantes. A) B) C) D) E)

Solo I Solo II Solo I y III Solo II y III I, II y III

Capítulo 8

Biología humana y salud

Ejercicios 4. Además de un distintivo aspecto físico, los niños con síndrome de Down frecuentemente experimentan problemas relacionados a la salud, tales como I) propensión a problemas respiratorios. II) problemas visuales, tal como la miopía. III) defectos en el corazón. Es (son) correcta(s) A) B) C) D) E)

solo I. solo I y II. solo I y III. solo II y III. I , II y III.

5. El SIDA es una enfermedad que se caracteriza por I) ser producida por un retrovirus. II) afectar a los ganglios linfáticos. III) transmitirse por vía sanguínea.

Es (son) correcta(s) solo III. solo I y II. solo I y III. solo II y III. I, II y III.

Respuestas correctas

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Reconocimiento

Comprensión

Reconocimiento

Alternativa

Número

Habilidad

A) B) C) D) E)

303

304

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Capítulo 9

Herencia Y Variabilidad

Aprendizajes Esperados

Describir los experimentos realizados por Mendel, interpretar sus resultados y formular sus leyes. Explicar monohibridismo, dihibridismo, alelos múltiples e interacción génica. Comprender que los caracteres hereditarios están determinados por dos alelos: uno materno y otro paterno, que se ubican en cromosomas homólogos. Explicar que los genes se disponen linealmente en los cromosomas y que éstos son pasados de una generación a otra a través de los gametos. Comprender el significado de los genes ligados, la importancia de la recombinación en la variabilidad génica y calcular la frecuencia de recombinación de los genes. Comprender la importancia de los cromosomas sexuales en la determinación del sexo, y la herencia ligada al sexo. Comprender que las características hereditarias están codificadas en el ADN, constituyendo los genes.

a b b

A A

capítulo

La transmisión de información genética de los progenitores a los descendientes, la herencia, tiene mecanismos bien determinados, así como también la variación que presenta dicha información y que ha contribuido a la adaptación y evolución de las especies.

Herencia y variabilidad

Primeras ideas acerca de la herencia Desde la antigüedad el hombre aprendió a mejorar los animales domésticos y los cultivos mediante la reproducción selectiva de individuos con características deseables. El primer científico que meditó acerca del mecanismo de la herencia fue Hipócrates (460?- 377? a.C.). Él propuso que partículas específicas o semillas son producidas por todas las partes del cuerpo y se transmiten a la progenie en el momento de la concepción, provocando que ciertas partes de la progenie se asemejen a esas mismas partes de los padres. Un siglo después, Aristóteles rechazó las ideas de Hipócrates y postuló que el semen del macho estaba formado por ingredientes imperfectamente mezclados, algunos de los cuales fueron heredados de generaciones pasadas. En la fecundación, propone, el semen masculino se mezcla con el “semen femenino”, el fluido menstrual, dándole forma y potencia a la sustancia amorfa. A partir de ese material se formaban la carne y la sangre cuando se desarrollaba la progenie. A mediados del siglo XIX se sabía que los óvulos y los espermatozoides son células especializadas y que contribuyen a establecer las características hereditarias del nuevo individuo. Pero estas ideas originaron una nueva pregunta: ¿cómo estas células especiales, llamadas gametos, son capaces de transmitir todas las características implicadas en la herencia? La hipótesis más ampliamente sostenida en el siglo XIX fue la herencia por mezcla, que sostenía que las características de los padres se mezclaban en la progenie, como en una mezcla de 2 fluidos. Sobre la base de esta hipótesis, podría predecirse que la progenie de un animal negro y uno blanco sería gris y que su progenie también lo sería. Sin embargo, esta explicación no tomaba en cuenta el fenómeno de características que saltan una generación o más y luego reaparecen. Para Darwin y otros defensores de la teoría de la evolución, el concepto presentaba muchas dificultades. La evolución, según Darwin, tiene lugar cuando la selección natural actúa sobre las variaciones hereditarias existentes. Si la hipótesis de la herencia por mezcla fuera válida, las variaciones hereditarias desaparecerían.

1. Herencia mendeliana

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1.1 Los experimentos de Mendel

306

Hacia el año 1856, aproximadamente, en la misma época de Darwin, Gregor Mendel (1822-1884), un monje austríaco, iniciaba una serie de experimentos que llevarían a una nueva comprensión del mecanismo de la herencia. La gran contribución de Mendel fue demostrar que las características heredadas son llevadas en unidades discretas que se reparten por separado en cada generación. Para sus estudios escogió la arveja o guisante común (Pisum sativum). Trabajó experimentalmente durante 7 años. En el año 1865 comunicó sus experimentos en una reunión de la Sociedad de Historia Natural de Brünn, en donde los asistentes aparentemente no entendían lo que Mendel les estaba hablando. Al año siguiente, su trabajo fue publicado en las Actas de la Sociedad (revista que circulaba por las bibliotecas de toda Europa).

Capítulo 9

Herencia y variabilidad

A pesar de ello, su trabajo fue ignorado durante 35 años y no recibió reconocimiento científico hasta después de su muerte. a. Metodología Para sus experimentos, Mendel escogió el guisante común (arveja de jardín). Esa fue una muy buena elección, pues las plantas se conseguían en el comercio, eran fáciles de cultivar y crecían rápidamente. Además, estas plantas presentan autopolinización, debido a que las estructuras reproductivas de la flor se encuentran completamente encerradas por pétalos, aun cuando estén maduras, lo que permitió la obtención de variedades puras. Por ejemplo, una variedad de plantas puras que presentaba flores púrpuras, siempre producía flores púrpuras. Así también una planta pura de flores blancas, que se autofecundara, siempre va a producir flores blancas. La elección de Mendel de la planta de guisante para sus experimentos no fue original. Sin embargo, su éxito se debió al enfoque que le dio a los problemas acerca de la herencia. Mendel llevó a cabo cruzamientos experimentales, eliminando las anteras de las flores y espolvoreando sus estigmas con el polen de una flor de otra variedad. El método utilizado por Mendel fue: - Prestó atención solo a una característica por vez. - Antes de iniciar los cruces entre las plantas se aseguró de que éstas correspondían a variedades puras. - Utilizó muchos progenitores, obteniendo un gran número de descendientes, dando validez estadística a su investigación. - Sometió a análisis estadístico sus resultados. - Estudió la progenie no solo de la primera generación, sino también de la segunda y las siguientes. - Finalmente, organizó los datos de tal manera que sus resultados pudieran ser evaluados simple y objetivamente. Encontró que, en cada caso, en la primera generación filial 1 (F1), todos los integrantes de la progenie mostraban solo una de las dos variantes; la otra desaparecía por completo. Por ejemplo, al cruzar 2 plantas puras, una que presentaba flores púrpuras y la otra flores blancas, en la generación filial 1 (F1) se obtuvo solamente plantas que presentaban flores púrpuras (100%). Al autofecundar los individuos de F1, obtuvo la generación filial 2 (F2), y sus resultados fueron: 75% (705) plantas con flores púrpuras y 25% (224) de plantas con flores blancas de un total de 929 plantas. Segunda generación filial (F2) Carácter

Cruzamientos originales Dominante x Recesivo

Dominante

Recesivo

Cociente

5474 redonda

1850 rugosa

2,96 : 1

Color del guisante

amarilla x verde

6022 amarilla

2001 verde

3,01 : 1

axial x terminal

651 axial

207 terminal

3,14 : 1

púrpura x blanco

705 púrpura

224 blanco

3,15 : 1

hinchada x comprimida

882 hinchada

299 comprimida

2,95 : 1

verde x amarilla

428 verde

152 amarilla

2,82 : 1

alto x enano

787 alto

277 enano

2,84 : 1

Posición de la flor Color de la flor Forma de la vaina Color de la vaina Largo del tallo

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redonda x rugosa

CPECH

Forma del guisante

307

capítulo

De estos resultados, Mendel concluyó que el carácter flor púrpura es dominante sobre el carácter flor blanca, que es recesivo. Mendel asumió que el carácter dominante estaba determinado por un factor que denominó B, (para decribir las características dominantes se utiliza la letra mayúscula y para las recesivas la letra minúscula) y el recesivo por otro factor que denominó b. Con este conocimiento, los cruzamientos pueden expresarse de la siguiente manera:

Gametos

Autopolinización

Bb B

Tipos de gametos masculinos

F2 B

Mendel, luego de diversos experimentos, observó que la aparición y desaparición de variantes alternativas (características recesivas), así como sus proporciones constantes en la generación F2 podían ser explicadas si las características estuvieran determinadas por factores separables, los cuales tenían que haber estado en las plantas F1 en pares (un miembro del par fue heredado por un progenitor femenino y el otro por el masculino). Los factores apareados se separaban nuevamente cuando las plantas F1 maduras producían células sexuales; esto daba por resultado dos tipos de gametos, cada uno con un miembro de cada par de factores. Al formarse los gametos, los alelos se transmiten a ellos, pero cada gameto tiene solo un alelo de cada gen. Cuando los gametos se unen para formar el cigoto, los alelos vuelven a reunirse en pares. Según esto, Mendel postula lo siguiente: Primera ley de Mendel

Tipos de gametos femeninos

Los factores que determinan los caracteres se encuentran en pareja. Un solo miembro de esta pareja pasa en los gametos de cada uno de los progenitores a la descendencia.

B: flores color púrpura b: flores blancas.

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b. Consecuencias de la segregación

308

Actualmente se sabe que cualquier gen, por ejemplo, el gen para la característica color de semilla puede existir en 2 variedades: amarilla (A) y verde (a). Se dice que estos 2 genes son alelos, porque participan de la determinación de la misma característica (color de la semilla). Además, dos genes alelos ocupan el mismo locus en un par de cromosomas homólogos. La forma en que una característica se manifiesta en un organismo está determinada por la combinación particular de los dos alelos para esa característica que son llevados por el organismo. Los genes alelos se pueden presentar en 3 variantes. Si los 2 genes alelos son iguales, se dice que el organismo es homocigoto para esa característica. Por ejemplo, si posee alelos dominantes se llama homocigoto dominante (AA) y si los dos alelos son recesivos, homocigoto recesivo (aa). Ahora, si los dos alelos son diferentes, se dice que el organismo es heterocigoto (Aa) para la característica.

Capítulo 9

Herencia y variabilidad

Posteriormente, Mendel se interesó por conocer qué sucede cuando se consideran 2 caracteres. Para esto, cruzó plantas que presentaban semillas de forma lisa (R) y color amarillo (A), con plantas de semilla rugosa (r) y verde (a). En la F1 obtuvo solamente plantas con semillas lisas y amarillas; al cruzar esas plantas de F1 obtuvo todas las combinaciones posibles en distintas cantidades: - Plantas con semilla lisa y amarilla: 315 - Plantas con semilla lisa y verde: 108 - Plantas con semilla rugosa y amarilla 101 - Plantas con semilla rugosa y verde: 32 En una proporción de 9: 3 : 3: 1, respectivamente, Mendel concluyó que los caracteres liso y amarillo eran dominantes sobre el carácter rugoso y verde; a partir de estos datos formuló su segundo postulado o segunda ley o principio de la distribución independiente: Segunda ley de Mendel Cuando existen 2 o más factores que determinan caracteres diferentes, estos segregan en forma independiente y se combinan al azar durante la formación de los gametos.

Gametos

RRAA

rraa

Autopolinización

RrAa Tipos de gametos masculinos RA

Ra Tipos de gametos femeninos

rA ra

Fenotipos

Liso amarillo

Liso verde

Rugoso amarillo

Rugoso verde

Tú obtendrás la proporción 9 : 3 : 3 : 1 siempre y cuando cruces a dos individuos que sean dobles heterocigotos (AaBb x AaBb) Conclusiones Generales 1. La herencia sigue reglas definidas y simples. El modelo que Mendel propuso para explicar sus resultados tenía un gran valor predictivo. 2. Ya que el híbrido heterocigoto es idéntico al dominante puro, hay una relación ambigua entre el aspecto externo (fenotipo) y la constitución genética (genotipo). 3. Los factores hereditarios responsables de los caracteres dominantes y recesivos no se alteran ni se modifican cuando están juntos en el heterocigoto (herencia discreta o particulada). 4. Al cruzar heterocigotos, los factores hereditarios se separan uno de otro durante la formación de los gametos y se recombinan al azar en la descendencia. Los descendientes presentan la proporción fenotípica de 3: 1 y la proporción genotípica de 1: 2: 1. Las proporciones anteriores se originan si cada gameto recibió un solo tipo de factor hereditario.

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5. Cuando el cruzamiento considera 2 pares de factores contrastantes, cada par se comporta de manera independiente con respecto al otro (2ª Ley). O sea, los distintos tipos de factores (genes) se combinan al azar. Por lo tanto, se obtendrán todas las combinaciones posibles, bajo la regla que cada gameto lleva un solo factor (gen) para cada par. Las diferentes clases de gametos tendrán frecuencias iguales.

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309

capítulo

1.2 Genotipo y fenotipo En 1911 Johanssen propone el término de genotipo para la constitución genética de los seres vivos y el de fenotipo para aquellas características del individuo que constituyen una expresión de los genes. Estos no son solamente externos o visibles (color de ojos, color del pelo, calvicie, etc.) sino también internos y latentes. Así, en el ser humano las distintas hemoglobinas o los grupos sanguíneos son también características fenotípicas.

El conjunto particular de genes que posee un individuo constituye su genotipo. El fenotipo, vale decir, el conjunto de rasgos observables, es el resultado de la interacción del genotipo con el medioambiente, el cual puede activar de manera favorable, desfavorable o neutra en la expresión de éstos.

Existe una estrecha relación entre genotipo y ambiente, la que se comprueba a través de la norma de reacción. Esta es la capacidad que tiene un genotipo de dar fenotipos distintos en ambientes diferentes. La norma de reacción es muy importante en algunas especies para el proceso de adaptación. La planta Ranunculus aqualis cuando crece sobre la superficie de la tierra tiene hojas anchas para eliminar mejor los gases, pero si crece sumergida, las hojas son filamentosas para captar mejor la luz.

1.3 Cruce de prueba o retrocruce En muchas oportunidades no se sabe si un individuo que presenta el fenotipo dominante es homocigoto dominante o heterocigoto. Una forma de dilucidar esta incógnita es a través del cruzamiento de prueba, que consiste en cruzar un individuo de fenotipo recesivo, cuya única posibilidad de genotipo es ser homocigoto recesivo, con otro de fenotipo dominante del cual no se conoce su genotipo. Si el resultado del cruzamiento es 100% el fenotipo dominante, quiere decir que el individuo incógnito era homocigoto dominante. Si la proporción es 50% fenotipo dominante y 50% fenotipo recesivo, el individuo resultará ser heterocigoto. En realidad, bastaría con que aparecieran algunos individuos con fenotipo recesivo para que el individuo incógnito fuera heterocigoto.

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Cada vez que un ejercicio en genética te pida hacer un cruce de prueba a un individuo X, simplemente debes cruzarlo por otro individuo de caracteríticas totalmente recesivas (cruzarlo por un homocigoto recesivo). Ejemplo, si al individuo Aa queremos hacerle un cruce de prueba, el cruce quedaría así: Aa x aa.

310

1.4 Probabilidad y genética Mendel, al aplicar las matemáticas al estudio de la herencia, estaba demostrando que las leyes de la probabilidad se aplicaban a la biología al igual que a las ciencias físicas. La probabilidad de un suceso es la relación entre los casos favorables y los posibles. Así, cuando dos o más sucesos ocurren independientemente

Capítulo 9

Herencia y variabilidad

uno del otro, podemos calcular la probabilidad de que ambos procesos ocurran. Aplicando la ley del producto, podemos afirmar que “la probabilidad que dos o más resultados se presenten simultáneamente es igual al producto de sus probabilidades individuales”. Hay que tomar en cuenta que el resultado de un suceso no afecta los resultados siguientes del mismo suceso. Por ejemplo, al arrojar una moneda la probabilidad que caiga en cara es de 50% o la probabilidad que caiga en sello es también 50%. Ahora arrojemos dos monedas: la probabilidad de que ambas caigan en cara arriba es de x o . La probabilidad de que ambas caigan en cruz es también x . Por lo tanto, la probabilidad de obtener una cara o una cruz con cualquier moneda es y esto es independiente del resultado de la otra moneda. Cuando hay más de un ordenamiento posible de los acontecimientos que producen el resultado esperado, se suman las probabilidades individuales, por lo que aplicaríamos la ley de la suma. Por ejemplo, ¿cuál es la probabilidad de que al lanzar un dado obtengamos 3 o un número par? La probabilidad de obtener 3 es 1/6 y la probabilidad para número par es 3/6 (2,4 y 6), por tanto, 1/6 +3/6 = 4/6. Estas simples leyes de la probabilidad nos serán útiles para resolver problemas de genética. Si deseamos saber el resultado de un cruce, solo necesitamos calcular la probabilidad de cada resultado posible. Los resultados de este cálculo nos permitirán predecir la proporción de descendientes que tendrá cada fenotipo o genotipo.

Actividades 1.

Defina los siguientes conceptos. a. Herencia b. Genotipo c. Fenotipo d. Alelo e. Homocigoto f. Heterocigoto g. Locus h. Célula diploide i. Célula haploide

Explica las tres razones por las cuales Mendel utilizó arvejas (Pisum sativum) como material biológico de experimentación.

CPECH Preuniversitarios

311

capítulo

Completa el cruzamiento que se plantea B

Verdadero o falso

a. _____ Los “factores” de Mendel corresponden al concepto actual de gen. b. _____ Los alelos son genes que determinan características diferentes. c. _____ Los alelos dominantes tienen mayor fuerza de expresión fenotípica. d. _____ Las células diploides tienen el juego cromosómico completo. e. _____ Las células n tienen un solo cromosoma de cada par de homólogos.

Escriba con sus propias palabras el significado de las leyes de Mendel - 1ª Ley

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- 2ª Ley

312

Calcule la probabilidad de que en una familia que tiene tres hijos varones, el cuarto nacimiento también sea varón.

En una familia en la que ambos padres son portadores del albinismo, su primer hijo es normal para la pigmentación de la piel y el segundo es albino. ¿Qué probabilidad existe de que el tercero sea albino?

Capítulo 9

Herencia y variabilidad

2. Teoría cromosómica de la herencia 2.1 Factores, genes y cromosomas homólogos Para la interpretación moderna de la genética de la transmisión, es fundamental la correlación entre las observaciones de Sutton y Boveri y los principios mendelianos. Cada especie tiene un número específico de cromosomas en cada núcleo de las células somáticas. En organismos diploides este número se llama número diploide (2n), que implica que este organismo tiene dos copias de la información genética, una proveniente del progenitor masculino y otra del femenino. En la formación de los gametos este número se reduce exactamente a la mitad número haploide (n), y cuando dos gametos se unen en la fecundación, se restablece el número diploide. Sin embargo, en la meiosis no se reduce el número en forma aleatoria. Para los primeros citólogos era claro que el número diploide de cromosomas está compuesto de pares de homólogos, identificables por su apariencia morfológica y comportamiento. Los gametos reciben un miembro de cada par. La dotación cromosómica de un gameto es así totalmente específica, y el número de cromosomas de cada gameto es igual al número haploide. Los factores mendelianos son en realidad genes localizados en parejas de cromosomas homólogos:

Los miembros de cada pareja de homólogos se separan o segregan. En la formación de los gametos son posibles dos distribuciones diferentes:

CPECH

AABB

aabb

AAbb

aaBB

Preuniversitarios

313

capítulo

Para ilustrar el principio de la transmisión independiente es importante distinguir los miembros de cualquier par de cromosomas homólogos. Uno de los miembros de cada par proviene del padre, mientras que el otro proviene de la madre. Cuando se forman los gametos, los dos pares de homólogos segregan independientemente. Cada gameto recibe un miembro de cada par. Gametos A

1/4aB

1/4Ab

B A

b a

b 1/4AB

1/4ab

Se forman todas las combinaciones posibles. Con los símbolos A, a, B y b se puede apreciar que se forma igual número de los cuatro tipos de gametos. El comportamiento independiente de los pares de factores mendelianos (A y B en este caso) se debe al hecho de que se encuentran en parejas distintas de cromosomas homólogos. Al observar el fenotipo de los organismos se puede entender que los cromosomas poseen muchos genes. El concepto comúnmente aceptado es que un cromosoma está compuesto por un gran número de unidades que contienen información, llamados genes, ordenados linealmente. Los factores de Mendel constituyen en realidad un par de genes localizados en un par de cromosomas homólogos. El lugar del cromosoma en donde se sitúa un gen dado se denomina locus. Las formas diferentes que toma un gen, llamados alelos, presentan ligeras diferencias en la información genética (amarillo o verde) que determinan una misma característica (color de la semilla). Los alelos son formas alternativas de un mismo gen.

2.2 Variabilidad génica a. Importancia de la meiosis en la variabilidad

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La meiosis representa un tipo de división celular reductivo, lo cual es importante para la mantención del número diploide normal de cromosomas en las especies. Pero, además, la meiosis involucra un proceso que modifica la calidad del material genético y que conlleva una variación genética. De esta manera, los individuos de una población no son todos idénticos entre sí.

314

Es durante la primera división meiótica o meiosis I que se producen 2 eventos que contribuyen a la variabilidad genética: la recombinación genética (crossing-over) y la permutación cromosómica. La recombinación genética ocurre durante la profase I de la primera división meiótica, más precisamente en la etapa de paquiteno. El crossing-over o recombinación origina nuevas combinaciones de las informaciones genéticas ya existentes. El crossing-over consiste en un intercambio de segmentos cromosómicos desde un punto de vista molecular entre cromátidas homólogas. Esto corresponde a un intercambio de segmentos de ADN entre genes homólogos.

Capítulo 9

Herencia y variabilidad

Por otra parte, en la metafase I se da el fenómeno de permutación cromosómica, que corresponde a distintos arreglos cromosómicos producto del azar y que determinan gametos con distintas combinaciones cromosómicas y génicas.

b B

S s

Metafase I

s S

Metafase II

Estas representan 4 posibilidades distintas de arreglos cromosómicos producto de la permutación cromosómica, que será mayor si aumenta el número de pares de cromosomas homólogos que participen.

b. Ligamiento, entrecruzamiento y mapas cromosómicos

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Cada par homólogo constituye un grupo de ligamiento, por ejemplo, en la especie humana hay 23 pares de cromosomas homólogos y, por tanto, 23 grupos de ligamiento.

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Sutton se dio cuenta de que un gen no podía corresponder a un cromosoma entero: evidentemente los organismos deberían tener más genes que cromosomas. Como se recordará, Mendel había demostrado que los pares de alelos diferentes se distribuían independientemente si los genes estaban en diferentes pares de cromosomas homólogos. Sin embargo, si dos genes están sobre el mismo par de cromosomas homólogos, la segregación de un gen no puede ser independiente de los alelos del otro gen. En otras palabras, si dos genes diferentes se encuentran en el mismo cromosoma, pueden ser transmitidos al mismo gameto en la meiosis. Estos genes que tienden a permanecer juntos, debido a que están sobre un mismo cromosoma, se denominan genes ligados.

315

capítulo

Los genes ligados tienden a transmitirse juntos hacia la descendencia, sin embargo, este bloque no siempre se transmite como tal, puesto que en determinadas ocasiones un par de cromosomas homólogos puede intercambiar segmentos durante la meiosis (crossing-over). Por tanto, la recombinación genética rompe con el ligamiento entre 2 genes. Mientras más cerca estén dos genes más difícil será que se separen durante la recombinación, porque la fuerza de ligamiento es mayor.

c d

C D

c d

C D

c d

C D

c d

C D

Por estudios de cruzamientos se puede distinguir entre genes que están ligados y genes que segregan independientemente, sobre la base de las proporciones fenotípicas postuladas de acuerdo al segundo principio mendeliano. Bateson y Punett estuvieron entre los primeros genetistas que reportaron excepciones a la segunda ley de Mendel con cruzamientos entre arvejas. El fenómeno de ligamiento se evidencia en los cruzamientos como un exceso de los fenotipos parentales y una deficiencia de los fenotipos recombinantes en la descendencia, cuando se compara con los resultados de una segregación independiente o segunda Ley de Mendel típica.

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Morgan dedujo que existía una relación entre la frecuencia de recombinación de los genes ligados y la distancia lineal entre ellos en el cromosoma, de tal forma que los porcentajes de recombinación eran mayores entre genes más distantes y menores entre aquellos más próximos. Por lo tanto, la fuerza de ligamiento depende de la distancia en que se encuentren los genes. Los porcentajes de recombinación de los genes en estudio se mantienen aproximadamente constantes al repetir el experimento, lo que hace posible la construcción de mapas genéticos.

316

Capítulo 9

Herencia y variabilidad

AABB

aabb

AaBb A

Crossing over con una recombinación

B A b

a b Cruzamientos de prueba

(aabb) Gametos

Gametos

A b

a a

Genotipos de los cigotos (F2)

Número de individuos

AaBb (tipo progenitor)

110

Aabb (tipo recombinante)

aaBb (tipo recombinante)

aaab (tipo progenitor) total

84 226

14 unidades de mapeo

cuando un individuo homocigoto (ver esquema anterior) dominante para dos genes localizados en el mismo par de cromosomas homólogos (AABB) se cruza con un individuo homocigoto recesivo (aabb), la progenie F1 será toda heterocigota para ambos genes (AaBb). Si hay entrecruzamietno durante la meiosis, en el heterocigoto los alelos de las cromátidas de los dos homólogos pueden intercambiarse y, como resultado de la recombinación, formarse cuatro tipos diferentes de gametos: los gametos progenitores AB y ab, y los gametos de tipo recombinante Ab y aB. El apareamiento entre dos heterocigotos de la generación F1, y un individuo homocigoto recesivo nos da el siguiente resultado: La cantidad de recombinantes (13 + 19 = 32) dividida por la cantidad total de descendientes indica el porcentaje de recombinación (32 / 226 = 0,14), que se define como la distancia que existe entre los genes o unidades de recombinación o centimorgan de distancia. Entonces, los genes A y B están a una distancia de 14 unidades mapa o de recombinación. También este valor nos permite predecir que el 0,14% de los gametos que forman estos individuos serán recombinantes. También se puede interpretar como que el 14% de los gametos realizan recombinación genética.

CPECH

Si en este cruzamiento el ligamiento fuera completo o total, habría 0% de recombinación y es el crossing-over el que rompe esta situación.

Preuniversitarios

317

capítulo

Actividades 1. ¿Cuántos grupos de ligamientos tiene la especie humana? ¿Por qué? 2. Si dos genes tienen una frecuencia de recombinación del 0,4%, ¿ud. dirá que estos genes están parcial o completamente ligados? Justifique su respuesta. 3. Defina: a. Genes ligados: b. Grupo de ligamiento: c. Mapas cromosómicos: d. Fenotipos recombinantes: e. Frecuencia de recombinación: f. Genes completamente ligados :

2.3 Determinación cromosómica del sexo En muchas especies la constitución cromosómica de machos y de hembras es distinta. Esta diferencia generalmente se refiere a un par de cromosomas conocidos como cromosomas sexuales. Se ha demostrado que durante la meiosis, en un gran número de especies, el cromosoma X de los machos se aparea total o parcialmente con un cromosoma que tiene una morfología distinta, al cual se denominó cromosoma Y. El par sexual XY es típico de los machos de Drosophila, de algunos peces, de anfibios y de todos los mamíferos, incluido el hombre. Los cromosomas sexuales o heterocromosomas son aquéllos involucrados causalmente en la determinación del sexo. El resto de los pares homólogos que son idénticos en ambos sexos de denomina autosomas.

CPECH

Preuniversitarios

a. Determinación del sexo en la especie humana

318

El sexo femenino posee el par cromosómico sexual XX, por lo que se denomina sexo homogamético. Por lo tanto, los gametos femeninos siempre portarán el mismo cromosoma sexual: X. Por su parte, el sexo masculino se conoce como sexo heterogamético, ya que posee el par sexual XY. En este caso el 50% de los espermatozoides porta el cromosoma X y el 50% restante lleva el cromosoma Y. En este caso, el hombre, por ser el sexo heterogamético, es el que determina el sexo de la descendencia. El número y la información que poseen los cromosomas sexuales contribuyen a determinar el sexo de los individuos. Los cromosomas que no participan de la determinación del sexo se denominan autosomas.

Capítulo 9

Herencia y variabilidad

Determinación del sexo en la especie humana

Macho

Hembra

Meiosis

Espermatozoide

Óvulos

Cigotos femeninos

Cigotos masculinos

b. Determinación del sexo en aves, peces y reptiles En este caso las hembras son heterogaméticas y, por tanto, determinan el sexo de la descendencia, mientras que el macho es homogamético. En el sistema Abraxas se denomina a los cromosomas sexuales de la hembra como ZW y del macho como ZZ.

c. Determinación del sexo en abejas y hormigas En este caso los individuos diploides son hembras y los haploides son machos. Los machos se desarrollan por partenogénesis, es decir, desarrollo a partir de óvulos no fecundados. Este mecanismo se conoce como haplodiploidía.

2.4 Herencia ligada al sexo

porción homóloga entre X e Y X

genes holándricos región ligada a X (al sexo)

Preuniversitarios

Los genes que se ubican en la porción homóloga de ambos cromosomas se comportan como genes autosómicos y se transmiten según la herencia mendeliana. Se habla, entonces, de genes parcialmente ligados al sexo.

CPECH

Los cromosomas sexuales tienen genes como cualquier otro cromosoma. En la especie humana los cromosomas X e Y tienen una porción homóloga que se aparea durante la meiosis y una porción no homóloga. En esta zona se ubican los genes ligados al sexo.

319

capítulo

Los genes ubicados en la porción no homóloga del cromosoma Y se denominan genes holándricos. Estos son muy pocos y se transmiten solo de padres a hijos (varones). Por ejemplo, la hipertricosis (abundancia de vellos en el pabellón auricular). Los genes ubicados en la porción no homóloga del cromosoma X se denominan genes ligados al sexo. Puesto que el varón recibe un solo cromosoma X, todos su genes para rasgos ligados al sexo son de origen materno y puede transmitirlos únicamente a sus hijas. La mujer, por su parte, recibe un cromosoma X del padre y otro de la madre, de modo que tiene 2 conjuntos de genes para las características ligadas al sexo. Tales genes pasan a todos sus óvulos y, en consecuencia, a todos sus hijos e hijas. Thomas H. Morgan, realizando cruzamientos en la mosca Drosophila melanogaster, encontró que al cruzar machos de ojos blancos y hembras de ojos rojos, la F1 estaba constituida tanto por machos como hembras con ojos color rojo. En la F2 encontró machos y hembras con ojos color rojo y solamente machos con ojos color blanco. Al hacer el cruzamiento retrógrado entre los machos con ojos blancos y hembras con ojos rojos, obtuvo machos y hembras con ojos rojos y blancos. De estos resultados Morgan concluyó que el gen para el color de ojos está ligado al cromosoma X. Hembras de ojos rojos

Macho original de ojos blancos

Xb Espermatozoide

Frecuencia fenotípica: 25% Hembras ojos rojos 25% Hembras ojos blancos 25% Machos ojos rojos 25% Machos ojos blancos

XB Óvulos

XBXb

XBy Frecuencia genotípica: 25% Heterocigoto 25% Homocigoto recesivo 25% Hemicigoto dominante 25% Hemicigoto recesivo

Xb XbXb

Xby

3. Sexo como expresión de variabilidad fenotípica

CPECH

Preuniversitarios

3.1 Variabilidad intraespecie: formas heredables y no heredables

320

Como se ha mencionado anteriormente, la variabilidad genética entre los organismos es indispensable para la supervivencia en un ambiente que cambia. La variabilidad de una especie depende como fuente principal de las mutaciones que ocurren en forma azarosa a lo largo de millones de años, pero además hay otras fuentes de variabilidad que nos interesan en este capítulo que afectan a los organismos que forman las poblaciones generación a generación: la meiosis, y la fecundación. De acuerdo con lo que se estudió en capítulos anteriores, la meiosis es un mecanismo de distribución aleatoria de homólogos maternos y paternos a las células hijas específicamente durante la meiosis I, gracias a dos procesos que son el crossing over y la permutación cromosómica.

Capítulo 9

Herencia y variabilidad

El último mecanismo que se emplea en la reproducción sexual para fomentar la variabilidad es la fecundación, en que dos gametos cada uno con una combinación diferente de alelos, se fusionan para formar un nuevo organismo diploide, único y, con un alto porcentaje de probabilidad, irrepetible. De esta manera la diferenciación sexual es una expresión fenotípica de un conjunto de factores genéticos que determinan que el individuo sea capaz de producir uno u otro tipo de células sexuales. Los individuos de sexo masculino son los productores de espermatozoides, que en el caso humano además forman espermatozoides diferentes en cuanto al tipo de cromosomas sexuales, y son quienes determinan el sexo del nuevo ser, los individuos de sexo femenino son los productores de óvulos, los cuales en cuanto al tipo de cromosomas sexuales son idénticos.

3.2 Herencia ligada al sexo en el hombre La herencia de los genes ligados al cromosoma X en la especie humana es similar a lo descrito para D. melanogaster. Se han identificado alrededor de 200 loci en el cromosoma X del hombre. En la especie humana, el daltonismo y la hemofilia son ejemplos de enfermedades ligadas al sexo, dentro de las más conocidas. También está el caso de la falta de dientes y el mechón blanco del pelo. El daltonismo y la hemofilia son enfermedades recesivas ligadas al sexo. • El daltonismo o ceguera para los colores rojo-verde. La capacidad para percibir los colores depende de 3 genes que codifican tres pigmentos visuales diferentes, que reaccionan a una región diferente del espectro de luz visible. Uno de ellos reacciona a la luz roja, otro a la luz verde y el tercero a la luz azul. Por ejemplo, si el gen para verde es defectuoso, no se puede distinguir el color verde del rojo y lo mismo ocurre en forma inversa cuando el gen para el rojo es defectuoso.

En la población chilena, el 4,34% de los varones es daltónico.

SIMBOLOGÍA

hombre normal

mujer normal

mujer portadora

XdX

mujer portadora

XdX

Xd Xd mujer daltónica

gametos

hombre normal

XdY hombre daltónico Xd

óvulos

F1 X espermatozoides

XdX

La frecuencia de este fenotipo es de 1/10.000 varones y en las mujeres de 1/10 millones

En estas enfermedades se cumple que las mujeres son homocigotas dominantes (normales), heterocigotas o portadoras y homocigotas recesivas (enfermas). En cambio, los hombres poseen solo un cromosoma X,

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CPECH

• La hemofilia es un grupo de Y enfermedades en las cuales la XdY XY sangre no se coagula normalmente. CUADRO DE PUNNETT La deficiencia del factor VIII de coagulación de la sangre (proteína anti-hemofílica) da como resultado la forma más común de hemofilia, la hemofilia A.

321

capítulo

que es el que porta estos genes. Por esta razón el hombre es hemicigoto dominante (sano) y hemicigoto recesivo (enfermo); no hay heterocigotos, es decir, no hay portadores. Por otra parte, es la madre la que hace daltónicos o hemofílicos a sus hijos varones. Para que aparezcan mujeres con la enfermedad es necesario que la madre sea por lo menos portadora y que el padre presente la enfermedad.

3.3 Herencia influida por el sexo y herencia limitada al sexo Hay genes autosómicos cuya expresión fenotípica depende del sexo del individuo. Por ejemplo, la calvicie del varón es causada por un gen autosómico dominante, por lo tanto, se expresa en los heterocigotos. Para que se pueda expresar en la mujer debe estar en condición homocigota. La herencia de estos rasgos se conoce como herencia influenciada por el sexo. Por ejemplo, la formación de cuernos en las ovejas y ciertos patrones de pelaje en el ganado vacuno, son casos en los cuales los responsables de los fenotipos alternativos manifestados por hembras y machos son genes autosómicos, pero la expresión de estos genes depende de la constitución hormonal de los individuos. La herencia de genes autosómicos o ligados al cromosoma X que solo se expresan en uno de los sexos, se denomina herencia limitada al sexo. Un ejemplo son los caracteres sexuales secundarios. Muchos de los genes para el desarrollo de estos caracteres son autosómicos y se encuentran en ambos sexos, pero solo se expresan en uno de ellos. Por ejemplo, los toros tienen genes para la producción de leche, pero no los expresan. En las células de las hembras de mamíferos, puede verse una mancha en contacto con la membrana del núcleo de células somáticas en interfase, llamada cuerpo de Barr, esta mancha es un cromosoma X inactivo. Según la hipótesis de Lyon, en una etapa temprana del desarrollo embrionario de la hembra de mamífero, uno u otro cromosoma X se inactiva en cada célula somática formada. Dicha inactivación es azarosa. De esta forma todas las células de un mamífero hembra no son iguales, sino que hay dos tipos, dependiendo de cuál cromosoma X sea inactivo y cuál activo.

CPECH

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En mujeres heterocigotas para ciertas características ligadas al sexo, se ha encontrado que el recesivo se expresa con intensidades varias, existiendo algunas poblaciones de células que expresan el fenotipo recesivo y otras que no lo expresan. Un ejemplo sorprendente lo ofrece la ceguera al color, una característica ligada al sexo, en la cual las mujeres heterocigotas para ceguera de colores, en algunas ocasiones tienen ceguera a los colores en un ojo y en el otro tiene visión normal.

322

Capítulo 9

Herencia y variabilidad

Actividades 1. Un gen recesivo ligado al sexo determina la ceguera a los colores en el ser humano (daltonismo). Una mujer normal, cuyo padre era daltónico, se casa con un hombre daltónico. ¿Cuáles serán los posibles descendientes? 2. La hemofilia es una enfermedad caracterizada por un retardo en la coagulación sanguínea y se debe a un alelo recesivo ligado al sexo. Un hombre cuyo padre era hemofílico, pero él es normal, se casa con una mujer normal sin antecedentes de hemofilia en su familia. ¿Cuál es la probabilidad de que tengan un hijo hemofílico y por qué? 3. En los gatos, los alelos para el color de pelaje amarillo (N) o negro (n) son llevados en el cromosoma X. Los gatos machos, que tienen un único cromosoma X con uno u otro de estos alelos, son negros o amarillos. Los gatos barcinos tienen pelaje con áreas de color negro y amarillo. Como cabría esperar, casi siempre son hembras. ¿Qué color de pelaje se esperaría en la progenie de una cruza entre una hembra negra y un macho amarillo?, ¿cuál es el genotipo de los parentales si la camada dio 3 machos amarillos, 1 macho negro, 2 hembra barcina y 3 hembras negras? 4.

Verdadero o falso a. b. c. d. e.

_____ _____ _____ _____ _____

Los genes holándricos siempre se expresan en forma dominante. Los zánganos son machos heterogaméticos. Un gen recesivo ligado a X determina hembras y machos portadores. El fenotipo es el resultado de la interacción del genotipo con el medioambiente. La proporción genotípica en un dihibridismo es 9: 3: 3: 1.

4. Extensiones de la genética mendeliana En el capítulo anterior vimos que los genes se encuentran en cromosomas homólogos y que estos segregan y se transmiten en forma independiente durante la formación de los gametos. Estos son los principios básicos de la transmisión de genes de padres a hijos. Cuando la expresión de un gen no sigue la forma dominante o recesiva, o cuando un par de genes influye en la expresión de un carácter, normalmente quedan modificadas las proporciones clásicas 3:1 y 9:3:3:1. En este capítulo consideraremos modos de herencia más complejos, en que los principios fundamentales establecidos por Mendel también son ciertos en estas situaciones, pero con ciertas variaciones.

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Las características dominantes y recesivas no siempre son tan nítidas como las estudiadas por Mendel en la arveja de jardín, ya que algunas parecen mezclarse. Por ejemplo, posterior a Mendel, en el año 1906, Bateson y Punnett realizaron un cruzamiento utilizando una planta conocida como Dondiego de noche (Mirabilis jalapa), la cual presenta distintas variedades reconocibles por el color de sus flores.

En la herencia intermedia, los genes se representan con letras mayúsculas, por ejemplo, flores rojas RR, flores blancas BB y flores rosadas RB; pero también se pueden utilizar subíndices o comas sobre las letras, por ejemplo, flores rojas R1R1, flores blancas R2R2 o flores rojas RR y flores blancas R`R`.

CPECH

4.1 Herencia sin dominancia

Sabías que...

323

capítulo

Se cruzaron plantas puras de flores rojas con plantas puras de flores blancas; la descendencia resultó enteramente rosada (F1). Este resultado no concordaba con lo establecido por Mendel, ya que ninguno de los rasgos parentales domina en la descendencia. Al cruzar los híbridos rosados entre sí, se obtuvo un 25% es de flores blancas, otro 25% de flores rojas y un 50% de flores rosadas. Esta forma de herencia sin dominancia se denomina herencia intermedia.

Sabías que... Los antígenos A y B son en realidad grupos de hidratos de carbono (azúcares) unidos a lípidos que sobresalen de la membrana de los glóbulos rojos. La especificidad de estos antígenos se basa en el azúcar terminal del carbohidrato. Los grupos sanguíneos A, B y AB se caracterizan por la presencia de un antígeno en la superficie de los glóbulos rojos; en cambio, el grupo O se caracteriza por no poseer este antígeno.

En otros casos de herencia sin dominancia, los dos alelos se expresan separada y simultáneamente en el fenotipo de los individuos. Esta condición se denomina codominancia. En el ganado Shorthon, cuando un toro rojizo se cruza con una vaca blanca, el fenotipo de la descendencia heterocigota no es intermedio entre los 2 fenotipos homocigotos, sino roano (zonas de pelos rojos y zonas de pelos blancos). La herencia codominante da lugar a una prueba clara de los productos génicos de ambos alelos. Esta característica la distingue de otros modos de herencia, como la dominancia incompleta, en donde el heterocigoto expresa un fenotipo intermedio o mezclado.

4.2 Alelos múltiples Cualquier locus puede originar por mutación varias alternativas -alelos- diferentes. Los genes así resultantes se conocen como alelos múltiples. El concepto alelos múltiples solo puede estudiarse en poblaciones. De este conjunto, cualquiera sea el número de alternativas, solo dos pueden estar presentes en el genotipo de un individuo diploide normal, debido a que los gametos que lo originaron llevan solo un alelo en cada locus. Sin embargo, en los miembros de una especie, puede haber muchas formas alternativas del mismo gen, constituyendo series alélicas.

CPECH

Preuniversitarios

Los estudios de genética han permitido descubrir series de alelos múltiples en diversos loci (plural de locus) de prácticamente todas las especies analizadas. Lo que es esperable dada la estructura química del gen. Por ejemplo, el color del pelaje en los conejos está determinado por una serie de cuatro alelos: C, tipo salvaje o agutí (coloración café oscura); Cch, chinchilla (coloración café clara); Ch himalaya (albino pero con las extremidades negras), y c albino. En esta serie, cada alelo es dominante sobre otro, en el siguiente orden: C>Cch>Ch>c.

324

En los seres humanos, un ejemplo de serie alélica son los grupos sanguíneos principales A, B, AB y O, los cuales están determinados por un gen que posee 3 alelos: IA , IB e i. En esta serie alélica IA = IB > i, los genes IA e IB son codominantes entre sí y dominantes sobre i.

Capítulo 9

Herencia y variabilidad

Genotipo

Antígeno

Fenotipo (grupo sanguíneo)

A A

I I IA io

A A

IB IB IB iO

B B

IA IB

AyB

I I o ii

Ninguno

o o

4.3 Estudios sobre los antígenos Rh Las primeras investigaciones genéticas acerca de la herencia del factor Rh hicieron pensar que en las poblaciones humanas había solo dos alelos controlando la presencia o ausencia del antígeno. Se creía que el gen Rh+ (presencia del antígeno) es dominante sobre gen Rh- (ausencia del antígeno). Los antígenos Rh han recibido un interés especial, por ser los causantes más frecuentes de incompatibilidad materno-fetal, por su compromiso en la determinación de anemias hemolíticas autoinmunes y por los accidentes transfusionales, pero no debidos a incompatibilidad por el sistema ABO. Las incompatibilidades materno-fetales causadas por los antígenos Rh conducen, en muchos casos, a la muerte del feto por destrucción de sus glóbulos rojos y se acompañan de un cuadro conocido como eritroblastosis fetal o enfermedad hemolítica del recién nacido (es una forma de anemia). Se produce en un feto Rh positivo, cuya madre es Rh negativa y su padre es Rh positivo (el cual contribuye con dicho alelo al hijo por ser heterocigoto). Si durante el parto pasa sangre fetal a la circulación sanguínea materna, el sistema inmune materno reconoce al antígeno como extraño y fabrica anticuerpos contra él. En el segundo embarazo, los anticuerpos pasan a través de la placenta a la circulación fetal, destruyendo los glóbulos rojos del feto. En la actualidad, a las madres con esta incompatibilidad se les da suero anti-Rh inmediatamente luego de haber dado a luz; esto destruye a los eritrocitos Rh positivos que hayan entrado a la sangre de la madre.

Actividades 1.

Una madre tiene un hijo del grupo A y ella es del grupo O. Indique cuáles son los probables genotipos del padre y por qué.

Una mujer del grupo AB se casa con un hombre del grupo O, ¿cuál será la proporción genotípica y fenotípica de la descendencia?

Además del grupo sanguíneo ABO, los humanos presentan el factor Rh. Hay personas que son Rh , lo que está determinado por la presencia de un alelo dominante, y otros que son Rh-, los cuales deben ser homocigotos recesivos. + Si se casa un hombre de grupo sanguíneo AB Rh- con una mujer de grupo A Rh , cuyo padre era del grupo 0 Rh-, ¿cuál será el probable fenotipo de la descendencia?

CPECH Preuniversitarios

4. Una mujer de grupo O se casa con un hombre de grupo AB y tienen una hija del grupo A, la cual se casa con un hombre del grupo B cuyo padre era del grupo AB y su madre del grupo O. Realice todos los cruzamientos e indique la probabilidad de que el último matrimonio tenga un hijo del grupo O.

325

capítulo

5. Concepto de raza La amplitud de la variabilidad genética en una población es un determinante principal de su capacidad para el cambio evolutivo. Puede mostrarse por experimentos de cría (selección artificial) que las poblaciones naturales albergan un amplio espectro de variaciones genéticas. La amplitud de la variabilidad puede ser cuantificada comprobando las estructuras de las proteínas y, más recientemente, mediante la secuenciación de las moléculas de ADN. Esto determina que dentro de una misma especie se pueden encontrar grupos de individuos que poseen características distintas. Es lo que se conoce como subespecie o, más comúnmente, raza. En el caso de la especie humana, al analizar la variación de un conjunto de caracteres es posible que las poblaciones de una región geográfica determinada se parezcan más a sus vecinos que a otras poblaciones geográficas más alejadas. Sin embargo, si se estudian tanto las características externas como los genes, los resultados indican que la variación es gradual conforme el gradiente geográfico y resulta arbitrario establecer cualquier límite, lo cual no permite subdividir a nuestra especie en compartimientos como las subespecies zoológicas. Los arquetipos raciales humanos no describen antepasados puros, más bien constituyen representaciones simbólicas de la variación actual en sus expresiones extremas. No es posible establecer cuando apareció este gradiente de variación, pero basados en datos paleontológicos y moleculares se puede decir que la diversidad que hoy se observa en nuestra especie es reciente. Si incluimos en el estudio el análisis de un conjunto amplio de caracteres incluyendo no solo aquellos que usualmente se toman para definir la pertenencia a una “raza”, se puede observar que en muchos casos, la variabilidad entre individuos de “una misma raza” es mayor que la que se observa entre individuos de “distinta raza”. Este análisis genético pone de manifiesto que la noción de raza en la especie humana carece de fundamento biológico, ya que las diferencias percibidas como esenciales (color piel, color cabello, etc.) son despreciables frente a la gran variabilidad existente entre individuos. Sin embargo, sí se puede plantear la existencia de las etnias. Actualmente la mayoría de los antropólogos coinciden en que las razas biológicas son un mito en nuestra especie. Sin embargo, la idea persiste en muchas formas; como el racismo. En vista de los actuales conocimientos de la diversidad genética humana, desde la biología es necesario dejar en claro que no existe ningún fundamento científico en posturas que invoquen la existencia de “razas” como una categoría natural o biológica. De acuerdo con lo anterior, definiremos a continuación tres conceptos importantes:

a. Subespecie

CPECH

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Subdivisión de una especie que puede estar aislada geográficamente y tener caracteres distintivos, pero no está reproductivamente aislada.

326

Es una población o grupo de poblaciones diferenciable de otras poblaciones de la misma especie por la frecuencia de los genes, las ordenaciones cromosómicas, o características fenotípicas hereditarias. Las subespecies muestran algunas veces un aislamiento reproductor incipiente, aunque no suficiente como para hacerlas especies diferentes. Las subespecies son razas a las que se le han asignado nombres taxonómicos distintivos.

b. Raza Grupo de poblaciones que pueden ser distinguidos por caracteres fenotípicos y el aislamiento geográfico de otros grupos o poblaciones de la misma especie. Las razas pueden o no ser consideradas como subespecies y lo son cuando las diferencias raciales son considerables y de importancia taxonómica. Es una población o grupo de poblaciones diferenciable de otras poblaciones de la misma especie por las frecuencias de los genes,

Capítulo 9

Herencia y variabilidad

las ordenaciones cromosómicas o características fenotípicas hereditarias. Una raza que ha recibido un nombre taxonómico es una subespecie.

c. Etnia Agrupación natural de hombres y mujeres con características comunes o similares presentes en la lengua, la cultura o la formación social y que, habitualmente, conviven en una territorio geográfico determinado. La etnia, por definición, es un concepto distinto al de raza, tribu, pueblo o nación. La diferencia fundamental con todos ellos es que la etnia es una forma de organizar la sociedad en función de esos rasgos comunes. Mientras la historia puede conformar una nacionalidad o un pueblo, la etnia es un concepto activo que por esa circunstancia ha llevado muchas veces a la definición de minoría étnica o minoría nacional. En la sociedad moderna, la etnia se distingue como la comunidad con lengua y cultura. Si la lengua es transmisora de cultura, es obvio que el lenguaje específico de esa comunidad es lo que le convierte en una etnia diferenciada del resto. En consecuencia, una etnia despojada de su lengua deja de serlo, aunque siga manteniendo su unidad como pueblo, nación o estado.

6. Clonación y generación de clones Se define como clon al gen, célula u organismo genéticamente idéntico a un ancestro original por reproducción asexual o biotecnología. Por ejemplo, segmentos de ADN insertado enzimáticamente en una plásmido o en un cromosoma de una bacteria y que se replica para formar muchas copias. Hoy en día el término clonación se extiende a la formación de copias de organismos multicelulares como plantas y animales, entre los que encontramos el ser humano.

6.1 Clonación de genes Este tipo de procedimientos caen en el campo de la biotecnología, la cual se refiere a todo uso comercial o alteraciones de células o moléculas biológicas para alcanzar metas prácticas y específicas, tales como: 1. Aprender más acerca de los procesos celulares, entre ellos la herencia y expresión de los genes. 2. Ofrecer una mejor comprensión y tratamiento de las enfermedades, en particular los trastornos genéticos. 3. Generar ventajas económicas y sociales como la producción de moléculas biológicas valiosas y mejoras en las plantas y animales para agricultura. Una herramienta fundamental de la genética es el ADN recombinante, el cual contiene partes o genes completos de diversos organismos en muchos casos de especies distintas. Se utiliza para su cultivo a bacterias, virus o levaduras, los cuales luego son usados para transferirlos a otras especies de plantas o animales.

En animales, el progreso de estas investigaciones ha sido más lento y menos productivo que en plantas. Así, por ejemplo, se intentó producir cerdos y vacunos con menos grasa y de mayor crecimiento, transfiriendo el gen de la hormona del crecimiento humano. Se obtuvo cerdos y vacunos de crecimiento más rápido, pero que padecían de úlcera, artritis, esterilidad y morían prematuramente. La investigación continúa adelante.

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Para crear animales transgénicos, el ADN clonado se inyecta en un óvulo fecundado, se devuelve a una madre sustituta para que se pueda desarrollar y se espera cumpla su período de crecimiento hasta el nacimiento.

CPECH

De esta forma, tenemos bacterias que sintetizan insulina humana, abaratando el costo del producto; plantas capaces de resistir herbicidas y plagas, incluso se intenta crear plantas capaces de cumplir funciones de vacunas económicas y fáciles de elaborar.

327

capítulo

Se clonan genes para la hormona de crecimiento de rata

Se clonan genes para la metalotioneína del ratón

Se combinan el gen para la hormona del crecimiento y el gen para la metalotioneína El ADN recombinado se inyecta en células embrionarias de ratón Gen para la hormona del crecimiento de rata Promotor de gen para la metalotioneína

El embrión se implanta en una madre sustituta y...

... se desarrolla normalmente

El ratoncito se trata con pequeñas cantidades de zinc

El zinc estimula la liberación de grandes cantidades de hormona del crecimiento de la rata...,

... que induce el desarrollo de un ratón adulto gigante (se muestra junto a un ratón normal)

6.2 Clonación natural

CPECH

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Organismos unicelulares como protistas y levaduras se reproducen asexualmente por mitosis, formando una descendencia idéntica al progenitor.

328

La reproducción asexual es una forma natural de formar clones usada, por ejemplo, en plantas. Se denomina reproducción vegetativa. Por ejemplo, a partir de retoños que crecen del sistema de raíces de un solo árbol progenitor. Estos renovales crecen formando arboledas que juzgamos como una población, pero está formada por un único individuo puesto que todos sus componentes son idénticos. Entre los animales que presentan reproducción asexual podemos mencionar el caso de la hidra, pariente de agua dulce de las medusas que replica una miniatura de sí misma, también por mitosis, que finalmente se separa de su progenitor y hace una vida independiente.

Capítulo 9

Herencia y variabilidad

6.3 Clonación artificial en plantas La clonación en plantas se basa en el uso de hormonas vegetales, por ejemplo, el uso de auxinas y citocininas, utilizadas sobre fragmentos de una planta que lleva a la formación de un conjunto de células que por la acción de las hormonas comienzan a diferenciarse en tejidos hasta formar una planta completa. En el esquema se muestra la interacción entre auxinas y citocinina sobre tejidos vegetal, sobre el cual concentraciones variables de estas homonas en un medio de cultivo da por resultado distintas reacciones de crecimiento. División celular con diferencición

División celular sin diferenciación

Explante inicial

Callo

Sistemas aéreos

Raíces

a. El explante inicial es un pequeño fragmento de tejido estéril de la médula de un tallo de tabaco, que se coloca sobre un medio nutritivo a base de agar. b. En un medio nutritivo de agar con 2 mg/L de auxina y 0.2 mg/L de citocinina las células se dividen y forman una masa de tejido indiferenciado que recibe el nombre de callo.

(a)

(b)

(c)

(d)

c. El crecimiento de raíces es estimulado por un medio con alta proporción de auxina sobre citocinina.

d. El crecimiento de sistemas aéreos es estimulado por un medio con baja proporción de auxinas sobre citocinina.

6.4 Clonación artificial en animales La clonación de animales está basado en el siguiente planteamiento: “un núcleo diferenciado tiene toda la información de la célula” y que, por lo tanto, es capaz de generar un organismo completo bajo las condiciones adecuadas. A principios del siglo XX, Hans Spemann demostró que el núcleo de una célula, proveniente de un embrión de 16 células de Tritón (anfibio), podía desarrollar un organismo completo. En 1950, Robert Brig. Y Thomas King realizaron un experimento más sofisticado empleando a un embrión de más días de rana.

CPECH

Posteriormente, en 1960 John Gurdon repitió el experimento que consistió en inactivar o eliminar quirúrgicamente el núcleo del óvulo de una rana y reemplazarlo por el núcleo de células de epitelio intestinal de una rana adulta, logrando el desarrollo de un renacuajo igual a la rana donadora del núcleo.

Preuniversitarios

329

capítulo

Óvulo no fecundado Se destruye el núcleo con radiación. Células intestinales Se extrae el núcleo

El núcleo de la célula intestinal se trasplanta al óvulo.

El desarrollo es normal

Rana normal

Xenopus sp.

CPECH

Preuniversitarios

A principios de 1997, el doctor Ian Wilmut y colaboradores lograron lo que ningún científico había logrado a la fecha: clonar un mamífero, usando el núcleo tomado de un tejido adulto y causaron un gran escándalo mundial con el nacimiento de la oveja Dolly.

330

Capítulo 9

Herencia y variabilidad

Oveja carinegra

Oveja Finn Dorset

Óvulo 1. Célula de la ubre de una oveja Finn Dorset se cultiva en un medio con bajos niveles de nutrimientos. Las células famélicas dejan de dividirse y entran en la fase G0 del ciclo celular en la que no se divide

Célula de la ubre.

Óvulo

Célula donadora de núcleo de la ubre.

ADN

Impulso eléctrico

Nace Dolly, una oveja Finn Dorset

Se extrae el núcleo.

2. Entretanto, se extrae por succión el núcleo de un óvulo no fecundado tomado de una oveja carinegra escocesa. Este óvulo suministrará citoplasma y organelos, pero no cromosomas.

La célula se divide y forma un embrión temprano Células fusionadas

3. El óvulo sin núcleo y la célula de ubre inactiva se colocan uno al lado de la otra en una caja de cultivo. Un impulso eléctrico estimula la fusión de las células e inicia la división celular mitótica.

4. Se deja el embrión en cultivo durante seis días, tiempo en el que se transforma en una esfera hueca de células. Después se implanta en el útero de una segunda oveja carinegra.

Implante en la oveja carinegra que sirve de madre sustituta. 5. La oveja carinegra da a luz una corderita Finn Dorset que es gemela genética de la oveja Finn Dorset.

Preuniversitarios

Sin embargo, lo importante, en este caso particular de la clonación de Dolly, es que plantea la posibilidad de la clonación humana.

CPECH

Un experimento de este tipo, es decir, la clonación de un adulto, permite a los científicos usar la reproducción asexual para aprovechar la variabilidad natural que la reproducción sexual brinda, eligiendo aquellos organismos mejor adaptados para ser clonados.

331

capítulo

Para que este experimento diera resultado se requirió de 227 intentos para que uno resultara en el nacimiento de Dolly. En teoría no hay razón por la que no se pudiera aplicar el método en seres humanos. Por ejemplo, la clonación de adultos podría dar origen a un bebé idéntico a su madre, a un abuelo, a un famoso deportista, un ganador del premio Nobel o a un asesino en serie, sin embargo, aunque el genotipo sea idéntico, no hay que olvidar que la expresión de la información genética llamada fenotipo depende también del ambiente en que el individuo se críe.

Actividades 1. Define los siguientes conceptos: a. Especie: b. Subespecie: c. Raza: d. Clon: 2. Respecto a la clonación de genes para hacer organismos transgénicos, realice un listado con los pro y los contra de esta tecnología. 3. Investiga qué tipo de reproducción asexual (clonación natural) existen en plantas y animales. 4. ¿Qué beneficio existe en la clonación artificial de una planta? 5. Investiga en libros de biología o internet qué se pudo descubrir con la clonación de la oveja Dolly: • ¿Dictan los genes de cada especie un tiempo de vida máximo? • ¿La vida de un clon será más corta que la del organismo original? • Aun teniendo los mismos genes el clon que el organismo original, ¿vivirá su vida igual que el organismo original?, ¿qué puede variar entre el clon y el organismo original que donó la información genética? 6. Realice una lista de los pro y los contra de una clonación humana.

7. Determinación y representación gráfica de los caracteres variables en la población

CPECH

Preuniversitarios

La información almacenada en cualquier gen se puede modificar por mutación, originando un alelo diferente. Por consiguiente, para cualquier gen, el número de alelos presentes en los individuos de una población no tiene por qué estar limitado a dos.

332

Cualquier individuo de un organismo diploide tiene como máximo dos loci génicos homólogos, que pueden estar ocupados por alelos diferentes del mismo gen. Sin embargo, en los miembros de una especie, puede haber muchas formas alternativas del mismo gen. Si observamos este hecho desde el punto de vista de la evolución, los genes que encontramos en las poblaciones vivas actualmente tuvieron ancestros, los cuales sufrieron cambios o mutaciones del ADN a lo largo del tiempo. Esto permite hacer estudios moleculares comparativos entre los grupos humanos modernos, remontándonos inevitablemente hacia nuestros antepasados comunes y, por ende, nos permite establecer el árbol filogenético de la especie humana.

Capítulo 9

Herencia y variabilidad

Una fuente de datos nada despreciable fue el estudio de hace más de 25 años de proteínas sanguíneas. Aun cuando estos estudios permitieron definir gradientes de frecuencias de grupos sanguíneos y otros marcadores genéticos, el estudio de las proteínas se vio cada vez más complementado a partir de los años ochenta por el análisis mucho más informativo del ADN, puesto que gracias a las potentes herramientas de estudio desarrolladas, la genética molecular puede analizar en su nivel más íntimo (la secuencia de nucleótidos) los eventos que han moldeado la herencia biológica de los grupos humanos. Por lo tanto, todos los seres humanos sin excepción poseen el mismo genoma y, por ende, poseen la misma información genética (o genes) para producir todos los componentes celulares. Sin embargo, existen pequeñas variantes dentro de este genoma. Se ha calculado que existe una diferencia de 1% de nucleótidos entre individuos, por lo cual hay un elevado número de alelos para un mismo gen, o bien varios millones de mutaciones en el ADN que se han acumulado con el tiempo, sin tener incidencia en la vida del individuo. El estudio de estas mutaciones gracias a la genética molecular ha permitido obtener más información a través de las variaciones a nivel de las proteínas, las cuales reflejan una pequeña parte de estas mutaciones. De acuerdo con los estudios que se han hecho hasta el momento, no se ha identificado una región de ADN en la cual se encuentren alelos únicos y exclusivos para una población humana, ni una población humana que no presente todos los alelos representativos de otras poblaciones. Lo que sí está claro es que dada la alta cantidad de alelos que existen, su frecuencia de distribución es la que puede variar, dando una relación de mayor o menor distancia genética entre dos o más grupos humanos, reflejadas en la proporción de diferencias moleculares entre ellos. Un ejemplo clásico lo podemos encontrar en el sistema de grupos sanguíneos ABO, altamente estudiado dada su importancia para las transfusiones de sangre. Los antígenos de este sistema son fácilmente detectables, y esto los constituye en excelentes marcadores genéticos. Por eso se estudian para hacer informes forenses, determinar paternidad dudosa o discutida, hacer estudios génicos de individuos, familias y poblaciones.

Actividades 1. A partir del siguiente esquema, establezca qué relación existe entre genotipo y fenotipo. Además, determine cuántos genotipos presenta cada grupo sanguíneo.

A nivel del organismo: un rasgo preciso, los grupos sanguíneos (fenotipos).

Grupo AB

Grupo 0

Preuniversitarios

Grupo B

CPECH

A nivel cromosómico (cromosomas 9) (genotipo).

Grupo A

333

capítulo

2. A continuación encontrará una tabla que representa la frecuencia de los alelos ABO de grupo sanguíneo en una población americana y europea, a partir de ella: • Construye un gráfico de barra con estos datos. • Formula una hipótesis que explique las diferencias observadas en el gráfico que acaba de construir. Frecuencias génicas encontradas en casos controles, la población de referencia y posibles ancestros europeos y amerindios Hombres Alelos

Casos

Controles

Mujeres Casos

Ancestros

Controles

Población de referencia

Europeos

Amerindios

Sistema ABO A

0,1721

0,2129

0,1924

0,1728

0,1724

0,2786

0,071

0,0711

0,0611

0,0425

0,0775

0,0580

0,0612

0,036

0,7562

0,7260

0,7651

0,7497

0,7696

0,6602

0,894

3. Investiga cuál es la frecuencia génica de los alelos ABO en Chile.

8. Genealogías

= Varón = Mujer

Una genealogía consiste en graficar las relaciones familiares de un individuo que presenta una característica, cuya transmisión hereditaria se está estudiando.

= Sexo Desconocido = Individuos Afectados

Este individuo se denomina “propositus” y será comparado con el resto de los individuos que conforman su familia.

= Heterocigoto

La relación es horizontal si los individuos son de la misma familia y vertical si incluye parientes de otras generaciones. Cada miembro de la hermandad (fratria) se incluye en la genealogía de izquierda a derecha y se señala con un número arábico; los individuos de distintas generaciones se ordenan de arriba hacia abajo y se enumeran con números romanos.

= Mujer Portadora

= Mellizos

= Gemelos

La construcción de árboles genealógicos involucra el uso de una determinada simbología:

= Aborto

CPECH

Preuniversitarios

= Matrimonio

334

8.1 Representación de una genealogía Para facilitar el análisis de las características representadas en una genealogía, es posible utilizar las características que a continuación se señalan para cada modelo de herencia mendeliana simple:

= Matrimonio Consanguíneo = Individuo con el que se inicia el estudio

números romanos

= Generaciones

números arábicos

= Individuo de cada generación

Capítulo 9

Herencia y variabilidad

8.2 Herencia autosómica 8.2.1 Herencia dominante autosómica 1. El rasgo se transmite en forma continua de una generación a otra. 2. Cada uno de los individuos que presentan dicho rasgo proviene de un progenitor que también presenta dicha característica. 3. Tanto en hombre como en mujeres se encuentra la característica en la misma proporción. Aquellos individuos que no presentan la característica no la transmiten a su descendencia. I 1

II 1

III 3

IV 3

8.2.2 Herencia recesiva autosómica 1. La característica en cuestión es poco frecuente en la descendencia. 2. Si los dos progenitores presentan la característica, tendrán una descendencia de 100% con dicha característica. 3. Si los dos progenitores son portadores, darán una descendencia con una proporción fenotípica de 1 : 4 para cada nacimiento.

I 1

III

Preuniversitarios

CPECH

335

capítulo

8.3 Herencia ligada al sexo 8.3.1 Herencia dominante ligada al sexo 1. Las madres que presentan las características teniendo un genotipo heterocigoto (Aa) la transmiten al 50% de sus hijos o hijas. 2. Los individuos machos afectados transmiten sus características solo a sus hijas. 3. La proporción de mujeres hijas afectadas es mayor que la de los hijos varones. 4. Aquellas mujeres afectadas que presentan condición homocigota transmiten el rasgo a todos sus hijos e hijas. 5. La herencia dominante ligada al cromosoma X no puede ser distinguida de la herencia autosómica dominante observando la progenie de mujeres afectadas, sino por la observación de la descendencia masculina. I 1

II 1

III 1

IV 1

8.3.2 Herencia recesiva ligada al cromosoma X 1. 2.

CPECH

Preuniversitarios

336

4. 5. 6.

Si el carácter es poco frecuente, los padres y otros parientes del afectado no lo presentarán, a excepción de los tíos maternos y otros parientes varones de la línea materna. Los varones que presentan dicha característica no la transmiten a sus hijos, pero tienen hijas portadoras que sí lo transmiten a la mitad de sus hijos. Las mujeres portadoras no manifiestan la característica y la transmiten a sus hijos, pero tiene hijas portadoras que sí la transmiten a la mitad de sus hijos. Cada uno de los hijos afectados (varones) es hijo de una madre portadora, a excepción de mutantes. Las mujeres que sí manifiestan la característica provienen de un padre afectado y una madre portadora. La frecuencia de esta característica es mayor en los hombres que en las mujeres.

Capítulo 9

Herencia y variabilidad

I 1

II 1

III

Sabías que... Cuando la expresión de un gen se altera por factores del ambiente o por otros genes, son 2 los resultados posibles. En primer lugar, el grado en que se expresa un genotipo en particular en el fenotipo de un individuo puede variar. Esta expresividad variable se puede observar en la polidactilia (presencia de dedos supernumerarios, tanto en las manos como en los pies), que es causada por un alelo dominante. Frecuentemente, existe gran variabilidad en la expresividad entre los miembros de una familia, dando como resultado que ciertos individuos tengan dedos supernumerarios en pies y manos, mientras que otros tengan solamente una parte de un dedo supernumerario en un pie. En segundo lugar, la proporción de individuos que muestra el fenotipo correspondiente a un genotipo particular puede ser menor que la esperada; el genotipo muestra penetrancia incompleta. Por ejemplo, se sabe que los individuos que llevan el alelo para polidactilia pueden tener manos y pies absolutamente normales.

Actividades 1. Este árbol genealógico representa cómo se manifiesta una enfermedad genética en una familia. Al respecto contesta:

Preuniversitarios

III

CPECH

337

capítulo

a. ¿Cuál es el genotipo más probable para cada miembro de la familia? I1:

II3:

I2:

II4:

II1:

III1:

II2:

III2:

b. ¿En qué forma de herencia se manifiesta esta enfermedad? 2. Construye un árbol genealógico a partir de los siguientes datos: Un hombre afectado de una enfermedad genética se casa con una mujer normal y tiene dos hijos, un hombre y una mujer, ambos normales. La mujer se casa con un hombre normal, sin embargo, tiene un hijo hombre afectado. Al investigar sobre la familia del hombre afectado, se pudo establecer que este era hijo de una mujer normal, y que tiene 2 hermanas normales y un aborto espontáneo. Indique de qué tipo de herencia cree Ud. que se trata.

9. Mutaciones En los organismos vivos, el material genético (ADN) está continuamente sujeto a alteraciones espontáneas o inducidas por agentes químicos y físicos, denominadas mutaciones. De acuerdo con el tipo y tamaño del cambio, a las mutaciones se las clasifica en: mutación puntual o puntiforme, mutación cromosómica y mutación genómica o poliploidía.

9.1 Mutación puntiforme o génicas Las mutaciones puntiformes, que corresponden a mutaciones génicas que suponen pequeños cambios en su estructura molecular, llevan a cambios en la ordenación de los nucleótidos en una sección particular de la molécula de ADN. Se distinguen 2 tipos principales de mutaciones génicas:

CPECH

Preuniversitarios

a. Mutaciones por sustitución de pares de bases

338

Son cambios de un par de bases por otro. • Transición: Cuando se reemplaza una base nitrogenada púrica por otra púrica, o una pirimídica por otra pirimídica. Las transiciones se producen durante la replicación, cuando se altera el principio de complementariedad. -G-C-A-C

-G-C-G-C

-C-G-T-C

-C-G-C-G

Capítulo 9

Herencia y variabilidad

• Transversión: Ocurre cuando se reemplaza una base púrica por otra pirimídica, o una pirimídica por otra púrica. Las transversiones se producen por la aparición de huecos en la formación de enlaces entre 2 pirimidinas contiguas. Los más frecuentes son los dímeros de timina. -G-C-A-C

-G-C-G-C

-C-G-T-C

-C-G-A-G

Las sustituciones provocan la alteración de un único triplete y no alteran el orden de la lectura de los demás tripletes. Solo suelen modificar un aminoácido de la proteína resultante, por lo que no tienden a ser perjudiciales.

b. Mutaciones por corrimiento del orden de lectura Estas mutaciones son debidas a la inserción o pérdida de uno o más pares de bases nitrogenadas. Se denominan adiciones o deleciones, respectivamente. Estas mutaciones producen un corrimiento en el orden de lectura y, por tanto, pueden alterar muchos aminoácidos. Sus consecuencias suelen ser graves. Constituyen el 80% de las mutaciones genéticas espontáneas.

9.2 Mutaciones cromosómicas Son las mutaciones que provocan cambios en la estructura interna de los cromosomas. Se distinguen los siguientes tipos:

a. Mutaciones en la estructura de los cromosomas A B C D E

F G H deleción

A B C E

F G H

A B C D E

F G H inversión

A B C F

E D G H

A B C D E

• La deleción es la pérdida de un segmento cromosómico. Si el fragmento es muy grande puede tener efectos patológicos e incluso letales. Por ejemplo, el síndrome cri du chat produce niños con microcefalia, retraso mental y que, generalmente, no llegan a adultos.

• La inversión es el cambio de sentido de un fragmento del cromosoma. Si el segmento invertido incluye el centrómero se denomina inversión pericéntrica; si no, inversión paracéntrica. Las inversiones se detectan por técnicas de bandeo cromosómico.

• La duplicación es la repetición de un segmento de un cromosoma. Las duplicaciones permiten aumentar el material genético y, gracias a posteriores mutaciones, pueden determinar la aparición de nuevos genes durante el proceso evolutivo.

F G H duplicación

A B C B C D E

F G H

MN O C D E

F G H

translocación

A B C D E

F G H

A B P O

Preuniversitarios

MN O P Q

CPECH

• La translocación es el cambio de posición de un segmento de cromosoma. Cuando es entre cromosomas no homólogos se denomina translocación recíproca. Cuando hay traslación de un segmento a otro lugar del mismo cromosoma o de otros cromosomas, sin reciprocidad, se denomina transposición.

339

capítulo

Las inversiones y las translocaciones no suponen diferencias para el individuo, ya que no se produce pérdida ni ganancia de material genético, pero sí pueden provocar alteración en los descendientes.

Un ejemplo es la translocación de 15/21; 21/22 o 21/21 que produce Síndrome de Down, clínicamente similar a la trisomía.

9.3 Mutaciones genotípicas a. Aneuploidías Es la alteración en el número normal de ejemplares de uno o más tipos de cromosomas, debido a una segregación errónea durante la meiosis (no-disyunción cromosómica). Se denominan nulisomías, monosomías, trisomías, tetrasomías, etc, cuando en lugar de dos cromosomas de cada par no hay ninguno o hay uno, tres, cuatro, etc. El síndrome de Turner (mujeres XO) es un ejemplo de monosomía y el Síndrome de Down es un ejemplo de trisomía del par 21.

b. Euploidías Es la alteración en el número normal de dotaciones cromosómicas. Incluye la monoploidía y la poliploidía. La monoploidía o haploidía es la existencia de una sola dotación cromosómica, es decir, un solo cromosoma de cada par. Las bacterias y abejas (zánganos) son monoploides. La poliploidía es la existencia de más de 2 ejemplares de cada tipo de cromosomas. Pueden ser triploidías, tetraploidías, etc. Son frecuentes en plantas y raras en animales. El 47% de las angiospermas son poliploides. Las formas poliploides tienen hojas y frutos de mayor tamaño.

9.4 Agentes mutagénicos Se refiere a aquellos factores que aumentan sensiblemente la frecuencia normal de la mutación. Sus principales agentes son: • Radiaciones: Se dividen en ionizantes y no ionizantes. - Las radiaciones ionizantes, que incluyen los rayos X y las radiaciones α, β, γ, propias de las reacciones nucleares, provocan alteraciones de las bases nitrogenadas e incluso rompen los enlaces fosfodiéster con la consiguiente ruptura del ADN y, por tanto, de los cromosomas.

CPECH

Preuniversitarios

- Las radiaciones no ionizantes, como los rayos ultravioleta que favorecen la formación de enlaces covalentes entre dos pirimidinas contiguas (dímeros de timina).

340

• Sustancias químicas: Las más importantes son el ácido nitroso, que desamina ciertas bases, por ejemplo, pasan la citosina a uracilo; la hidroxilamina, que añade grupos hidróxido; y los agentes alquilantes, que añaden grupos metilo, etilo, etc. Todos estos procesos modifican las bases nitrogenadas para favorecer el emparejamiento con bases diferentes de las complementarias.

Capítulo 9

Herencia y variabilidad

Conceptos fundamentales

Clonación: Se define como clon al gen, célula u organismo genéticamente idéntico a un ancestro original por reproducción asexual o biotecnología, por ejemplo, segmentos de ADN insertado enzimáticamente en una plásmido o en un cromosoma de una bacteria y que se replica para formar muchas copias, hoy en día el término clonación se extiende a la formación de copias de organismos multicelulares como plantas y animales, entre estos últimos, el ser humano.

Fenotipo: Corresponde a la expresión de los genes en los organismos vivos influenciada por el medioambiente.

Gen: Es la unidad de herencia que contiene la información de los caracteres de los seres vivos. Corresponde a una secuencia de ADN.

Gen dominante: Corresponde a los genes que se expresan tanto en heterocigosis como en homocigosis. En genética, se anotan con letras mayúsculas.

Gen recesivo: Corresponde a los genes que se expresan solo en homocigosis. En genética, se anotan con letras minúsculas.

Genes ligados: Genes que se ubican en un mismo cromosoma.

Genes alelos: Corresponde a cada una de las alternativas que puede tener un gen de un carácter. Se consideran alelos a aquellos genes que se ubican en un mismo locus en un par de cromosomas homólogos y que codifican la misma información.

Genotipo: Constitución genética de los seres vivos.

Homocigoto: Corresponde a los individuos que tienen en cada cromosoma homólogo el mismo tipo de alelo, por ejemplo AA.

10. Heterocigoto: Corresponde a los individuos que tienen en cada cromosoma homólogo un alelo distinto, por ejemplo Aa. 11. Raza: Grupo de poblaciones que pueden ser distinguidos por caracteres fenotípicos y el aislamiento geográfico de otros grupos o poblaciones de la misma especie. Las razas pueden o no ser consideradas como subespecies y lo son cuando las diferencias raciales son considerables y de importancia taxonómica. Población o grupo de poblaciones diferenciables de otras poblaciones de la misma especie por las frecuencias de los genes, las ordenaciones cromosómicas o características fenotípicas hereditarias. Una raza que ha recibido un nombre taxonómico es una subespecie.

CPECH Preuniversitarios

341

3:1

unidad de herencia...

Dihibridismo

9:3:3:1

proporciones típicas...

Determinación del sexo

Heterocigoto

Recesivo

Homocigoto

Alelos distintos

Fenotipo

determina el...

Ambiente

más...

Genotipo

cuando son...

Alelos iguales

su conjunto...

Dominante

Gen son... Alelos cuando...

Determinan una misma característica o bien...

Ocupa un mismo locus en un par de cromosomas homólogos

Preuniversitarios

Génetica es...

Sexuales

Monohibridismo

formas de cruzamiento...

Dominancia completa

Modelo mendeliano

Rama de la biología que estudia los aspectos relacionados con el material genético, entre ellos la forma de transmisión.

Diferencias con respecto al modelo de Mendel

de tipo...

Cromosomas

Alelos múltiples

como ejemplos... Herencia intermedia donde ocurre...

se disponen en...

Alteración de las proporciones mendelianas

Ligamiento

capítulo

Genes

Autosómicos

1 par

Sexo masculino: XY

342

en la especie humana... 22 pares

Sexo femenino: XX

CPECH

Capítulo 9

Herencia y variabilidad

Ejercicios Ejercicios Resueltos

1. Una madre espera cuatrillizos. ¿Qué probabilidad existe que los 4 nacimientos sean de sexo masculino? A) B) C) D) E)

1/4 1/2 1/8 1/16 1/32

Correcta: D. Habilidad Comprensión. Defensa: Se considera que la probabilidad de tener un hijo varón es de 1/2 (50%). Aquí son 4 sucesos independientes a la hora de calcular y, por tanto, cada probabilidad se multiplica. En consecuencia: 1/2 x 1/2 x 1/2 x 1/2 = 1/16 probabilidad para los 4 varones.

2. De acuerdo con la teoría cromosómica de la herencia enunciada por Sutton, podemos postular que los genes I) están ubicados en los cromosomas. II) responsables del dihibridismo están localizados en cromosomas distintos. III) ligados están en un mismo cromosoma. Es (son) correcta(s) solo l. solo II. solo l y II. solo lI y III. l, ll y III.

Y posee un brazo más corto. X no aporta genes. Y no tiene alelos al carácter ligado. X en estado homocigoto es letal. Y no aporta genes ligados.

Correcta: C. Habilidad: Comprensión. Defensa: Esta es la causa real que se manifiesten los genes ligados al sexo, ya que en el cromosoma Y no existen genes alelos a esta zona del cromosoma X.

4. Una mujer normal, cuyo padre era daltónico, se casa con un hombre normal sin antecedentes de la enfermedad. ¿Cuál(es) de las siguientes alternativas puede(n) ser sus descendientes? I) Una hija portadora y un hijo normal. II) Una hija daltónica y un hijo daltónico. III) La mitad de los varones normales y la otra mitad daltónico. A) B) C) D) E)

Solo I Solo II Solo III Solo I y II Solo I y III

Correcta: E. Habilidad: Comprensión. Defensa: No pueden existir mujeres daltónicas porque el padre es normal, la madre es portadora y, por ellos los varones pueden ser normales o daltónicos.

Preuniversitarios

Correcta: A. Habilidad: Reconocimiento. Defensa: Las afirmaciones II y III son correctas pero no están asociadas a la teoría cromosómica de Sutton.

A) B) C) D) E)

CPECH

A) B) C) D) E)

3. Los rasgos hereditarios que se transmiten ligados al sexo se manifiestan con mayor frecuencia en los hombres, porque el cromosoma

343

capítulo

Ejercicios

5. En un cruzamiento de conejos se obtienen 36 conejos de pelo negro rizado, 35 conejos de pelo negro liso. Si el color de pelo negro es dominante (N) sobre blanco (n) y el pelo rizado (R) es dominante sobre liso (r), los probables genotipos parentales son A) B) C) D) E)

NnRr x NnRr. NNRr x NNrr. NNRR x nnrr. Nnrr x nnRr. nnRR x NNrr.

Correcta: B. Habilidad: Comprensión. Defensa: NNrRr x NNrr es el unico en que la probabilidad de tener pelo negro es 100% (NN x NN) . En A) se pueden dar 4 fenotipos (9:3:3:1); en C) no existirían conejos de pelos liso (RR x rr); en D) existirían de pelo blanco (Nn x nn); y en E) no existirian conejos de de pelo liso (RR x rr).

2. La hemofilia y el daltonismo son enfermedades de herencia ligada al sexo. Según esto, ¿Cuál de las siguientes afirmaciones es INCORRECTA? A) El gen para el daltonismo se expresará siempre en el hombre. B) La condición homocigotica del gen daltonismo permitirá su expresión en la mujer. C) La hemofilia es letal para la mujer. D) La condición heterocigoto del gen daltonismo permitirá su expresión en la mujer. E) El gen para la hemofilia se expresará siempre en el hombre. 3. El examen del cariotipo de un paciente reveló la presencia de 47 cromosomas en lugar de los 46 normales. Esta situación es compatible con I) Síndrome de Down. II) Síndrome de Turner. III) Síndrome de Klinefelter.

Ejercicios propuestos Es (son) correcta(s) 1. Algunas de las dificultades que presenta el estudio de la herencia humana es (son) I) pocas generaciones por siglo. II) sus fenotipos están influidos por el medioambiente. III) la mayor parte de los individuos son homocigotos.

CPECH

Preuniversitarios

Es (son) correcta(s)

344

A) B) C) D) E)

solo I. solo ll. solo I y II. solo l, II y lll. I, II y III.

A) B) C) D) E)

solo l. solo ll. solo l y ll. solo l y lll. l, ll y lll.

4. Cuando un individuo herocigoto para 2 pares de genes, ubicados en cromosomas diferentes, con dominancia y recesividad, se cruza con otro también heterocigoto para los 2 pares de genes debe esperarse que I) se produzcan 9 clases fenotípicas. II) aparezcan 4 clases fenotípicas. III) las proporción genotípica sea 9:3:3:1. A) B) C) D) E)

Solo I Solo II Solo I y III Solo II y III I, II y III

Capítulo 9

Herencia y variabilidad

Ejercicios 5. Si al cruzar dos plantas, una alta con otra enana, y el resultado de este cruzamiento es de un 50% altas y un 50% enanas, se asegura que el genotipo de los progenitores sería A) homocigoto dominante y homocigoto recesivo. B) ambos heretocigotos. C) ambos homocigotos recesivos. D) homocigoto recesivo y heterocigoto. E) indeterminado.

Respuestas correctas

CPECH Preuniversitarios

345

Comprensión

Reconocimiento

Comprensión

Alternativa

Número

Habilidad

346

CPECH

Preuniversitarios

Capítulo 10

ORGANISMO Y AMBIENTE Aprendizajes Esperados

Conocer los conceptos relevantes comprendidos en el funcionamiento de los principales niveles de organización biológica. Conocer y comprender cómo se realiza el intercambio de energía a través del ecosistema. Comprender la importancia de la fotosíntesis en el intercambio de energía del ecosistema. Comprender la importancia de mantener el equilibrio dinámico en la naturaleza y el rol que cabe al hombre en su conservación. Conocer el concepto de biodiversidad. Comprender y analizar los principales factores que determinan y afectan la biodiversidad. Reconocer los principales factores que alteran la biodiversidad en nuestro país y en el resto del planeta.

La ecología estudia el ambiente abiótico así como el biótico. Las comunidades y su ambiente abiótico constituyen los ecosistemas, lo que comprende todas las interacciones entre las comunidades y el ambiente biótico.

capítulo

Organismo y ambiente

Introducción Nuestro planeta está habitado por una gran diversidad de especies vivientes. Esta gran variedad de seres vivos está inmersa en un medio ambiente que establece una serie de limitantes físico-químicas que condicionan y determinan su sobrevivencia. En ecología existen dos términos con los cuales trabajaremos en este capítulo, uno es el concepto de factores bióticos, que son aquellos factores que poseen vida (como poblaciones de animales, vegetales, hongos y bacterias) y los factores abióticos que son los factores que no tienen vida, como el clima, el suelo, la temperatura, la humedad, etc. De lo anterior se deduce que los seres bióticos no son organismos aislados; por el contrario, están constantemente interactuando entre ellos y con el medio abiótico. La ciencia que estudia la relación que existe entre los organismos y el medio que los rodea es la ecología. Sin embargo, esta ciencia tiene varias subdivisiones, entre las que destacaremos la autoecología, la cual se preocupa de estudiar las condiciones intraespecíficas e interespecíficas. Los ecólogos intentan cuantificar las variables que afectan a los organismos en la naturaleza, construir hipótesis que expliquen la distribución y la abundancia observadas de los organismos, así como realizar y someter a prueba las predicciones basadas sobre sus hipótesis.

1. Bases físicas de la vida Todos los organismos vivos están dependiendo de una serie de condiciones físicas tales como temperatura, presión atmosférica y radiación. Estos tres factores abióticos son indispensables para que la vida continúe normalmente.

1.1 Temperatura

CPECH

Preuniversitarios

La mayoría de los seres vivos solo puede existir dentro de estrechos rangos de temperatura. Dentro del margen señalado anteriormente, podemos distinguir tres niveles fundamentales: temperatura máxima, mínima y óptima. Lo anterior resulta de vital importancia, considerando que las temperaturas extremas impiden que el metabolismo se desarrolle normalmente.

348

Sin embargo, existen organismos, como las bacterias, que pueden resistir temperaturas por sobre los 85°C, así como hay ciertos nemátodos que pueden soportar temperaturas extremadamente bajas. No obstante lo anterior, la mayoría de los organismos están adaptados a la temperatura en la cual sus procesos vitales se lleven a cabo con la máxima eficiencia, es decir, una temperatura óptima.

Capítulo 10

Organismo y ambiente

1.2 Presión atmosférica La presión está muy relacionada con el oxígeno disponible. A mayor presión atmosférica, mayor concentración de oxígeno y viceversa, de manera que cada especie deberá habitar el lugar que más se adapte a sus características fisiológicas.

1.3 Radiación La radiación solar que llega a la corteza terrestre tiene distintas longitudes de onda, las que van a influir y condicionar la existencia de las diversas especies. Por ejemplo, la radiación ultravioleta es necesaria para la acción de la vitamina D; no obstante, un exceso de esta radiación puede ocasionar serios daños a la piel.

2. Niveles de organización de los seres vivos 2.1 Poblaciones Una población es un grupo de organismos de la misma especie que se cruzan entre sí y habitan en un área geográfica particular en un tiempo determinado.

2.2 Comunidades Como todos los seres vivos requieren de otros seres vivos iguales a ellos o de otras especies, surge la comunidad o biocenosis, que corresponde al conjunto de poblaciones, animales y vegetales que se relacionan entre sí en un lugar determinado.

3. Incorporación de materia y energía a las plantas: fotosíntesis La vida en la Tierra está basada en el carbono y el intercambio de energía. Todas las criaturas vivientes están hechas de moléculas complejas construidas sobre la base del átomo de carbono, el cual es capaz de unirse fuertemente con otros átomos, formando moléculas largas y complejas. El carbono necesario para la construcción de esas moléculas proviene de varias fuentes. Los animales, como el ser humano, lo obtienen de la materia vegetal y animal que consumen; no obstante, la fuente primaria de carbono es el CO2 atmosférico.

6CO2 + 6H2O + energía lumínica

C6H12O6+6O2

Preuniversitarios

La fotosíntesis es el proceso por el cual los vegetales, utilizando la energía de la luz solar, llevan a cabo una serie de reacciones químicas por las cuales se transforma el CO2 en azúcares simples y además se libera O2. A continuación se puede observar la ecuación general de este proceso:

CPECH

La energía necesaria para convertir el carbono inorgánico en carbono orgánico es la energía lumínica, que es capturada por los organismos fotosintéticos, quienes la usan para formar carbohidratos y oxígeno libre a partir de dióxido de carbono y agua. Existe solo un proceso capaz de hacer esta transformación, la fotosíntesis.

349

capítulo

10 Sabías que... La fotosíntesis de las algas es similar a la que se produce en las plantas terrestres, pero con una excepción importante: las algas no tienen estomas, por lo que el CO2 y el bicarbonato (HCO3) disueltos en el agua difunden directamente a través de las paredes celulares externas.

La fotosíntesis en los eucariontes ocurre dentro de organelos conocidos como cloroplastos. Dentro de las membranas del cloroplasto está contenida una solución de compuestos orgánicos e iones, conocida como estroma, y un sistema complejo de membranas internas fusionadas que forman sacos llamados tilacoides.

Cutícula Epidermis superior Parénquima en empalizada Parénquima esponjoso

Estoma Núcleo

Haz conductor Epidermis inferior Cutícula

Tricomas

Vacuola Citoplasma Cloroplasto

Membrana externa

Espacio intermembranoso

Membrana interna

Cloroplasto

Estroma

CPECH

Preuniversitarios

Tilacoide

350

Grana (pilas de tilacoides)

La captura de energía luminosa para ser usada por los organismos fotosintéticos se refiere principalmente a que la luz debe ser absorbida. Para esto se requiere una serie de pigmentos (moléculas capaces de absorber luz). Los pigmentos que intervienen en la fotosíntesis de los eucariontes incluyen las clorofilas (pigmentos verdes) y los carotenoides (pigmentos anaranjado-rojizos), los cuales están agrupados en sistemas de pigmentos antena llamados fotosistemas (fotosistema I y fotosistema II). Los fotosistemas responsables de la captura de la luz están situados en las membranas de los tilacoides.

Capítulo 10

Organismo y ambiente

3.1 Fases de la fotosíntesis La fotosíntesis se divide en dos etapas o fases: la fase dependiente de la luz (fase clara) y la fase independiente de la luz (fase oscura).

3.1.1 Fase dependiente de la luz En esta fase la energía radiante del sol es capturada por los pigmentos presentes en los fotosistemas.

Algunos pigmentos absorben luz de todas las longitudes de onda y, por lo tanto, parecen negros. Otros solamente absorben ciertas longitudes de onda, transmitiendo o reflejando las longitudes de onda que no absorben.

Los electrones de las moléculas de clorofila a son lanzados a niveles energéticos superiores y, en una serie de reacciones, su energía adicional es usada para formar ATP a partir de ADP y para reducir una molécula transportadora de electrones conocida como NADP+ formando NADPH. Además, también se rompen moléculas de agua, suministrando electrones que reemplazan a los que han sido lanzados desde las moléculas de clorofila a. La escisión de las moléculas de agua (denominada fotólisis del agua) es la causa de la obtención de oxígeno libre, el cual difunde hacia el exterior. En resumen • Como consecuencia de la incidencia de luz en los fotosistemas I y II, los electrones de los centros de reacción (clorofilas a) se excitan. Los electrones resultantes de la excitación del fotosistema II se transfieren a moléculas transportadoras de electrones que unen ambos sistemas, llegando de esta manera al fotosistema I. • Los electrones resultantes de la excitación del fotosistema I se transfieren a moléculas transportadoras de electrones, llegando finalmente al NADP+, el cual se reduce a NADPH. • La luz también produce la fotólisis de una molécula de agua (escisión de una molécula de agua), la cual libera 2 átomos de hidrógeno, 1 átomo de oxígeno y dos electrones. Estos últimos son transferidos al fotosistema II. • Como consecuencia del transporte de electrones se produce un bombeo de protones (iones de H+) desde el estroma al espacio tilacoidal. Este transporte proporciona la energía necesaria a la enzima ATP sintetasa para que se forme ATP.

CPECH Preuniversitarios

351

capítulo

10 Aceptor primario de electrones 2e

Aceptor primario de electrones 2e

Nivel de energía

2e 2e

Energía de Tra nsp la luz ort 2e a dor Gra die es nte de de ele 2e pro ctro ton nes e s 2e

Energía de la luz

P + ADP ATP

Fotosistema II Moléculas de pigmentos en la antena

Moléculas 2e reactiva de clorofila a (P680)

H2O 2H + 1/2 O2 +

Tra n de spor ele tad ctr ore on s es

Fotosistema I Moléculas de Moléculas pigmentos en la reactivas de antena clorofila a (P700)

NADP+ + H+ NADPH

A las reacciones independientes de la luz en la estroma Ciclo de Calvin

3.1.2 Fase independiente de la luz Aunque esta fase no requiere de luz, sus reacciones necesitan de los productos de la fase anterior. El ATP y el NADPH formados en la primera etapa se utilizan para reducir el carbono del CO2 a un azúcar simple, como la glucosa. Así, la energía química almacenada temporalmente en las moléculas de ATP y de NADPH se transfiere a moléculas adecuadas para el transporte y el almacenamiento de energía. La incorporación de CO2 en compuestos orgánicos se realiza a través de una serie de reacciones cíclicas conocidas como ciclo de Calvin (reacciones fijadoras de CO2), las cuales ocurren a nivel del estroma de un cloroplasto.

CPECH

Preuniversitarios

Además de la glucosa, en el estroma del cloroplasto se fabrican aminoácidos, ácidos grasos, almidón y en el citosol sacarosa, que es la forma en que las plantas transportan el azúcar, a través de su savia.

352

Capítulo 10

Organismo y ambiente

Membrana externa del cloroplasto Membrana interna del cloroplasto

CO2

Energía de la luz

P + ADP ATP

Ciclo de Calvin

H+ + NADP+ NADPH

2e H2O

2H + 1/2 O2 +

Reacciones dependientes de la luz (en la membrana del tilacoide)

Glúcidos

Reacciones independientes de la luz (en el estroma)

3.2 Factores que afectan la fotosíntesis Así como la luz, la temperatura y otros factores influyen en el proceso fotosintético, existen otros factores que afectan este proceso, los cuales clasificaremos como factores externos y factores internos. a. Factores externos • Luz: la influencia de la luz depende de su longitud de onda (calidad)y cantidad. - Longitud de onda: Los complejos antena que captan la energía luminosa, lo pueden hacer a diferentes longitudes de onda. Sin embargo, si se ilumina una planta con una longitud de onda superior a 680 nm el fotosistema II no actúa. Longitudes de onda entre 280 y 315 nm conocida como luz ultravioleta pueden entorpecer la capacidad fotosintética y el crecimiento de las plantas, las cuales se ven enfrentadas por el aumento de la luz ultravioleta a causa de contaminantes de origen humano que afectan la capa de ozono. - Cantidad de luz: Las plantas que reciben menos luz, por ejemplo, las que se encuentran a la sombra realizan con menor eficiencia la fotosíntesis. Sin embargo, cuando la intensidad de luz es excesiva, se detiene el proceso fotosintético.

Preuniversitarios

Tasa fotosintética

CPECH

Intensidad luminosa

+ (Watts/m2)

353

- Concentración de CO2: El CO2 es la molécula utilizada por las plantas para producir distintas sustancias orgánicas. La falta de él disminuye la productividad y en exceso el proceso se satura (porque depende de enzimas). Si la intensidad luminosa es suficiente y constante, al aumentar la cantidad de CO2 aumenta el rendimiento fotosintético, hasta que se alcanza un valor máximo. El co2 también presenta fluctuaciones diarias y estacionarias; por ejemplo, aumenta durante la noche, cuando aumenta la respiración; en cambio, durante el día las plantas retiran CO2 del aire y su concentración disminuye bruscamente. Durante el período de crecimiento la concentración atmosférica de CO2 también se reduce. +

capítulo

Tasa fotosintética

30 ºC

20 ºC

Concentración de CO2

Intensidad luminosa alta

CPECH 354

Intensidad luminosa baja

Preuniversitarios

Tasa fotosintética

• Temperatura: Las plantas poseen una temperatura óptima para realizar la fotosíntesis, más allá de la cual la tasa fotosintética disminuye, el aumento de la temperatura produce un aumento del rendimiento de la fotosíntesis debido al incremento de la actividad de las enzimas, que es máxima, a un determinado valor de temperatura, pero sobrepasado este valor, la actividad enzimática disminuye, y con ello el rendimiento fotosintético. La temperatura, al igual que la humedad y la luz, es un factor ambiental muy variable, de hecho varía a lo largo del año, por lo que existen plantas que pueden realizar fotosíntesis adaptadas a diferentes temperaturas.

Temperatura en ˚C

Capítulo 10

Organismo y ambiente

• Agua: Cuando el clima es excesivamente seco, los estomas se cierran para evitar la pérdida de agua, lo que dificulta el paso de agua y CO2 con la consiguiente disminución de la actividad fotosintética, provocando que la hoja se seque y caiga, llegando incluso a matar a la planta.

b. Factores internos Corresponden principalmente a la estructura de la hoja, por ejemplo se incluye el grosor de la cutícula y/o de la epidermis, el número de estomas y los espacios entre células del mesófilo. Estos factores influyen directamente en la difusión del CO2 y O2, así como en la pérdida de agua.

Sabías que... La fotosíntesis realizada en una planta se mide indirectamente por el CO2 consumido o por el O2 liberado. El aumento de la concentración de O2 tiene un efecto inhibitorio sobre la fotosíntesis.

• Estomas: La difusión de los gases, incluido el vapor de agua, hacia el interior y el exterior de la hoja es regulada por los estomas. Los estomas se abren y se cierran por la acción de las células oclusivas (o guarda), debido a cambios en la turgencia de estas células.

Estomas

Abierto

Células oclusivas

Cerrado

CPECH Preuniversitarios

355

capítulo

10 Actividades 1. ¿Por qué la fotosíntesis requiere de luz solar y CO2? 2. ¿Qué función cumplen los pigmentos en la fotosíntesis? 3. Explica cómo se produce el O2 durante la fotosíntesis. 4. Explica el rol del ATP y NADPH en la fotosíntesis. 5. Describe en términos generales los principales acontecimientos involucrados en la fotosíntesis. 6.

¿Qué efecto tiene la temperatura en la fotosintesis? Explica brevemente.

7. Explica el efecto de la variación en la intensidad luminosa anual sobre el proceso fotosintético. 8. ¿Qué efecto genera la concentración de CO2 en la fotosíntesis? 9. Explica la relación que existe entre los estomas y la fotosíntesis. 10. Si colocas bajo una campana de vidrio una planta y un ratón de laboratorio, y los dejas encerrados por varios días, ¿qué ocurriría?

4. Ecosistema En este punto conviene destacar que el ambiente abiótico o biotopo que ocupa una determinada comunidad comprende el espacio en que vive el organismo, la temperatura, la radiación, la humedad ambiental, presión atmosférica, sustancias orgánicas e inorgánicas, etc. Por otro lado, el componente biótico o biocenosis (elementos vivos) del ecosistema comprende a los productores, consumidores y a los desintegradores o microconsumidores. Esta combinación de componentes bióticos y abióticos, a través de los cuales fluye la energía y circulan los materiales, se conoce como ecosistema. En relación al componente biótico se distinguen 2 tipos de organismos: a. Los autótrofos

CPECH

Preuniversitarios

Son aquellos organismos capaces de utilizar diferentes formas de energía y utilizarlas para sintetizar sustancias orgánicas a partir de materias inorgánicas. Ejemplo: fotosíntesis y quimiosíntesis.

356

b. Los heterótrofos Corresponden a aquellos organismos que degradan, asimilan y desintegran las sustancias orgánicas necesarias para satisfacer sus requerimientos vitales. Como todo sistema, el ecosistema requiere de una fuerza impulsora, siendo esta fuerza la energía. La fuente de energía determina en gran medida las características de un ecosistema. Es así como los principales tipos de energía que mueven a un ecosistema son la energía solar y la producida por los combustibles químicos.

Capítulo 10

Organismo y ambiente

4.1 Niveles tróficos

Productividad Primaria

a. Productores

Se absorbe dióxido de carbono del aire

Fotosíntesis

Se absorbe agua del suelo, se utiliza en la fotosíntesis y se almacena en las células

Se desprende oxígeno

Se sintetiza azúcar y se utiliza en lo tejidos vegetales

tejidos vegetales crecimiento

Se captura energía de la luz solar

Se absorben nutrimentos minerales inórganicos (nitrato, fosfato) del suelo y se utilizan en los tejidos vegetales

Los principales productores u organismos autótrofos son las plantas verdes y algas, las que a través de la fotosíntesis pueden transformar la energía luminosa en energía química. Estos organismos fotosintéticos usan energía luminosa para fabricar carbohidratos y otros compuestos, que son fuentes de energía química y materia orgánica para el ecosistema. La cantidad de vida que puede soportar un ecosistema queda establecida por la energía captada por los productores. La energía que almacenan los productores y que ponen a disposición de los otros miembros del ecosistema en un tiempo dado, se denomina productividad primaria neta y corresponde a la diferencia entre la productividad bruta menos el costo de todas las actividades metabólicas de los organismos en cuestión. Productividad bruta: Es una medida de la tasa a la cual los organismos asimilan energía en un nivel trófico determinado.

b. Consumidores La energía ingresa en el mundo animal a través de las actividades de los herbívoros (animales que comen plantas o algas). Un herbívoro puede ser un ratón de campo, un conejo, etc. (cada tipo de ecosistema tiene su propia dotación de herbívoros). Este nivel es conocido como consumidores primarios y forman el segundo nivel trófico. Los carnívoros como el águila, las arañas y el puma, entre otros, se denominan consumidores secundarios y forman el tercer nivel trófico. A veces, algunos carnívoros se comen a otros carnívoros y, cuando lo hacen, forman el cuarto nivel trófico, los consumidores terciarios. Otro tipo particular de consumidores son los detritívoros carroñeros. Estos son organismos que se alimentan de los desechos o detritos de una comunidad (hojas, ramas y troncos de árboles muertos, heces fecales, exoesqueletos, etc.), incluyen a animales como buitres, cóndor, cangrejos, lombrices de tierra, etc. Los detritívoros se pueden considerar consumidores que utilizan presas muertas en lugar de vivas.

Preuniversitarios

Representados por hongos y bacterias, se sustentan de despojos o desechos, y se han especializado en aprovechar fuentes de energía química como la celulosa y productos de desecho nitrogenado, que no son utilizables por los animales. Son muy importantes, puesto que permiten que algunos elementos químicos de la materia orgánica vuelvan al ecosistema (saprobiontes).

CPECH

c. Descomponedores

357

4.2 Flujo de energía

capítulo

Existen dos leyes físicas que están relacionadas con el flujo de la Energía: La Primera y Segunda Ley de Termodinámica. • Primera Ley de Termodinámica: Hace mención a la conservación de la materia y la energía. Establece que la energía no se crea ni se destruye, sino solo se transforma. De esta manera la energía proveniente de la luz solar (energía radiante) es transformada en energía química en los vegetales a través del proceso de fotosíntesis. Esta energía química será utilizada por la planta como alimento y degradada en el proceso de respiración. • Segunda Ley de Termodinámica: Establece que una parte de la energía que se encuentra disponible para realizar trabajo y se transforma en calor al pasar de una forma a otra. Esta energía escapa hacia el ambiente, perdiéndose. Las transformaciones de energía en el mundo de los seres vivos, al igual que en el mundo físico, son muy bajas, pues al ir transformándose, una pequeña cantidad de ella se va perdiendo como calor. Por esta razón, para realizar las “actividades biológicas” los organismos continuamente necesitan del aporte energético, el cual en primer término proviene del sol. Es decir, la cantidad de energía que parte y la cantidad de energía que llega al último nivel trófico son significativamente distintas. En consecuencia, la transferencia de energía se realiza en forma ordenada en un flujo unidireccional.

Actividades 1.

¿En qué grupo de organismos bióticos clasificarías a las bacterias quimiosintetizadoras?

¿Cuál sería la principal fuente impulsora del ecosistema de una ciudad y de un bosque respectivamente?

¿Cuál es el proceso que determina que un organismo sea autótrofo?

¿Se puede inferir que la energía solar es innecesaria para el ecosistema de una ciudad?

Términos pareados: En el espacio coloca la letra del concepto de la columna A que esté más relacionado con la oración de la columna B. B _____ Elaboran alimento a partir de sustancias inorgánicas.

b. Descomponedores

_____ Unidad funcional que incluye a los organismos bióticos y abióticos.

c. Heterótrofos

_____ Principal fuerza impulsora de la mayoría de los ecosistemas.

d. Energía solar

_____ Conjunto de cadenas alimentarias.

e. Trama alimentaria

_____ Digieren y asimilan las sustancias orgánicas.

358

f. Autótrofos

_____ Permiten reciclar ciertos elementos químicos al ecosistema.

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a. Ecosistema

CPECH

Organismo y ambiente

Capítulo 10

4.3 Transferencia de la energía Las relaciones energéticas entre los niveles tróficos determinan la estructura de un ecosistema en función de la cantidad de organismos y de la cantidad de biomasa presente, por lo que el flujo de energía con grandes pérdidas en cada pasaje al nivel sucesivo se puede representar en forma de cadena, trama y pirámide.

a. Cadena alimenticia El paso de energía de un organismo a otro acurre a lo largo de una cadena alimenticia o trófica, es decir, una secuencia de organismos relacionados unos con otros, por su forma de alimentación, como presa y depredador. El primero es comido por el segundo; el segundo, por el tercero, y así sucesivamente en una serie de niveles alimentarios o niveles tróficos. Cadena alimentaria a) Cadena alimentaria terrestre simple

a) Consumidor terciario (4° nivel trófico)

Consumidor primario (2° nivel trófico) Consumidor secundario (3er nivel trófico) Productor (1er nivel trófico) Consumidor secundario (3er nivel trófico)

Fitoplancton Productor (1 nivel trófico) er

b) Cadena alimentaria marina simple

Zooplancton Consumidor primario (2° nivel trófico)

Las tramas tróficas no son lineales. Los recursos se comparten, en especial en los inicios de la cadena. La misma planta sirve de comida para una gran variedad de mamíferos e insectos, y el mismo animal sirve de alimento a varios depredadores, de esta manera las cadenas trófica se conectan para formar una red trófica cuya complejidad varía entre diferentes ecosistemas y dentro de ellos.

Preuniversitarios

b. Red o trama alimentaria

CPECH

Consumidor terciario (4° nivel trófico)

359

capítulo

10 Trama alimentaria

c. Eficiencia en la transferencia de energía Como ya se vio anteriormente, una ley fundamental de la termodinámica es que la utilización de la energía nunca es totalmente eficiente. Por ejemplo, cuando un automóvil quema gasolina, alrededor del 75% de la energía liberada se pierde inmediatamente en forma de calor. Esto también ocurre en los seres vivos siendo representada esta situación en forma gráfica a través de la utilización de pirámides. • Pirámide de energía: Muestra el flujo de energía entre los niveles tróficos de un ecosistema. Los productores (plantas y otros autótrofos) ubicados en la base de la pirámide representan la mayor cantidad de energía; luego los herbívoros, luego siguen los carnívoros, etc.

Los organismos autótrofos pierden una cierta cantidad de la energía solar que reciben durante su vida. Al ser ingerido por un herbívoro, el consumidor primario no puede producir ninguna energía extra, sino que dependerá de la concentrada en la planta. El herbívoro gastará energía en una serie de actividades, de manera que solo una ligera cantidad de energía es concentrada en el herbívoro. Si el herbívoro es comido por un carnívoro, solo un mínimo porcentaje del potencial de energía del herbívoro pasará al consumidor secundario.

CPECH

Preuniversitarios

Kcal por m2 por año

360

Carnívoro secundario Carnívoro primario

316

6 67 Producción neta

Respiración Herbívoro

Productor

1.890

11.977

1.478

8.833

Capítulo 10

Organismo y ambiente

• Pirámide de biomasa: Representa la cantidad de peso seco que contiene cada nivel trófico. Ciertos estudios demuestran que para alimentar 4.5 terneras se requieren alrededor de 20 millones de plantas de alfalfa. Estas 4,5 terneras aportarán unos 1.000 kg de carne que permitirán suministrar energía por 12 meses a un niño de 12 años que solo pesa 50 kg. Peso seco (gramos po m2) Carnívoros

0,1

Herbívoros

0,6

470,0

Productores

• Pirámide de número: Representa la cantidad de organismos que contiene cada nivel trófico en una cadena alimenticia. Si consideramos el número de organismos que habita en una determinada zona, encontraremos que los productores son significativamente más numerosos que los herbívoros, así como los herbívoros serán más numerosos que los carnívoros. Por último, estos serán más numerosos que los consumidores de tercer orden. Consumidores terciarios Consumidores secundarios Consumidores primarios

Número de individuos

Productores

Al igual que las pirámides de números, las de biomasa indican solo la cantidad de material orgánico presente en un momento, no dan la cantidad total de material producido o, como hacen las pirámides de energía, la tasa a la cual se produce. Un efecto secundario negativo de la ineficiencia en la transferencia de energía, junto con la producción y liberación de sustancias químicas tóxicas al medio ambiente, es el fenómeno de ampliación biológica.

La ampliación biológica es el proceso mediante el cual las sustancias tóxicas se acumulan en concentraciones cada vez más altas en los niveles tróficos superiores en una cadena alimenticia. El DDT es probablemente la sustancia tóxica más conocida. En el año 1940 las propiedades del nuevo insecticida conocido como DDT (Dicloro Dietil Tricloroetanol) parecían casi milagrosas. En los trópicos salvó millones de vidas, eliminando los mosquitos que transmitían la malaria. El DDT es de larga duración, por lo que una sola aplicación puede seguir matando.

CPECH Preuniversitarios

A mediados de la década de 1950 la Organización Mundial de la Salud roció DDT en la isla de Borneo para controlar la malaria. Una oruga que se alimentaba de los techos de paja de las casas casi no resultó afectada, mientras que la avispa que se alimentaba de ella fue destruida; esta situación provocó que las orugas aumentaran su población sin control, consumiendo los techos de paja. Las lagartijas que se alimentaban de insectos envenenados acumularon concentraciones altas de DDT en su cuerpo. Tanto ellas como los gatos que se alimentaban de estas lagartijas morían de envenenamiento. Cuando se eliminaron los gatos, explotó la población de ratas y las aldeas se vieron amenazadas por un brote de peste, transmitida por las ratas sin control. El brote de esta enfermedad se evitó llevando gatos nuevos de aldeas cercanas.

361

capítulo

10 El DDT y otras sustancias que sufren ampliación biológica tienen dos propiedades que las hacen peligrosas: no se descomponen fácilmente en sustancias inofensivas, y son solubles en las grasas (liposolubles), pero no en agua. Por lo tanto, se acumulan en los cuerpos de los animales, especialmente en la grasa, en lugar de ser descompuestos y excretados por la orina. Como la transferencia de energía de los niveles tróficos más bajos a los más altos es poco eficiente, los herbívoros deben comer grandes cantidades de material vegetal, y a su vez los carnívoros deben comer muchos herbívoros, etc. Como el DDT no se excreta, el depredador acumula la sustancia de todas las presas durante muchos años, por lo que el DDT alcanza los niveles más altos en los depredadores de los niveles superiores de la cadena alimenticia.

Actividades En la siguiente trama alimentaria, ubica los organismos que representan los diversos niveles tróficos.

arañas pequeñas

arañas de tamaño medio  escarabajo

caracoles pulmonados

grillos

ácaros depredadores

colémbolos

hojarasca milpiés

a) Productores:

ácaros oribátidos

______________________________________________________________________

b) Consumidores primarios: ______________________________________________________________________ c) Consumidores secundarios: ______________________________________________________________________ d) Consumidores terciarios:

______________________________________________________________________

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Preuniversitarios

4.4 Ciclos biogeoquímicos

362

Existe en la corteza terrestre una gran variedad y cantidad de elementos y compuestos orgánicos, muchos de los cuales son vitales para el funcionamiento de los sistemas vivientes. A estos elementos se llaman biogénicos y se les puede clasificar en dos grandes grupos: macronutrientes y micronutrientes. • Macronutrientes: Son compuestos esenciales del protoplasma y se requieren en cantidades significativas; por ejemplo, el carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, potasio, calcio, magnesio, azufre y fósforo, incluyendo además algunos compuestos, como el agua. • Micronutrientes: Son aquellos elementos y compuestos que, siendo también importantes, se requieren en cantidades pequeñas ejemplo: fierro, manganeso, cobre, zinc, sodio y cloro. Todos estos elementos se mueven cíclicamente entre el biotopo y la biocenosis.

Capítulo 10

Organismo y ambiente

A continuación se destacan los ciclos biogeoquímicos más importantes.

4.4.1 Ciclo de Agua El agua es un compuesto indispensable para la realización de una serie de procesos vitales y además una fuente de hidrógeno. Como lo indica el siguiente esquema, el agua se evapora en ríos, lagos y océanos, ascendiendo a la atmósfera. Por acción de los vientos la masa de aire húmedo es desplazada a diversas regiones. Bajo ciertas condiciones de temperatura el vapor de agua se condensa, originando las precipitaciones y nevadas. El agua al caer al suelo puede seguir diversos caminos o ser absorbida por la tierra formando corrientes subterráneas (napas subterráneas). También puede incorporarse a ríos y lagos, o bien es utilizada por plantas y animales. Ciclo del agua Nubes Nubes

Precipitación

Evaporación

Interceptación

Transpiración l

erficia

tía sup

en Escorr

Infiltración

Uso doméstico

terránea

Agua sub

Percolación Acumulación profunda

4.4.2 Ciclo del Nitrógeno

Preuniversitarios

Una parte del nitrógeno puede incorporarse por actividad volcánica, con la energía de los relámpagos desde la atmósfera.

CPECH

La fuente más abundante de nitrógeno en nuestro planeta es la atmósfera, en donde se encuentra en forma de gas N2 en un 78%. Sin embargo, dado que la mayor parte de las plantas y animales son incapaces de captar directamente este gas y de incorporarlo a sus estructuras y metabolismo, dependen del nitrógeno presente en los minerales del suelo. Por lo tanto, a pesar de la abundancia de nitrógeno en la atmósfera, la escasez de nitrógeno en el suelo suele ser un factor limitante del crecimiento de un vegetal. El proceso por el cual esta cantidad limitada de nitrógeno circula y recircula a través del mundo orgánico y el físico se conoce como ciclo del nitrógeno.

363

capítulo

Las etapas del ciclo son: a. Amonificación Los descomponedores degradan la materia orgánica que contiene nitrógeno, liberando el exceso como ión amonio (NH4+) o como amoníaco (NH3), el que se incorpora a algunas plantas para formar parte de compuestos nitrogenados.

b. Nitrificación

Sabías que... Los pocos organismos capaces de incorporar N2 a compuestos orgánicos son procariontes, y se les llama “Fijadores de N2”. Son bacterias (Rhizobium sp) y cianobacterias, muchas de las cuales viven simbióticamente con las raíces de algunos vegetales, como las leguminosas (porotos, garbanzos, etc.). Otras son de vida libre, principalmente acuáticas. Procesos como la erosión, el sobrecultivo o el arrastre de nitratos por lluvias retiran constantemente nitrógeno del medio, disminuyendo la cantidad disponible de nitrógeno para las plantas.

Algunas bacterias comunes en el suelo son capaces de oxidar el amonio o el amoníaco, extrayendo así la energía necesaria para su sobrevivencia. Las nitritobacterias son bacterias encargadas de realizar la siguiente reacción: 2NH3 + 3O2 ---> 2NO2- + 2H+ + 2H2O Amoníaco Nitrito El nitrito es tóxico para muchas plantas, siendo inusual su acumulación. Otro grupo de bacterias conocidas como nitratobacterias realizan la transformación de nitritos (NO2-) en nitratos (NO3-): 2NO2- + O2 ---> 2NO3Nitrito Nitrato Aunque las plantas pueden utilizar el amoníaco directamente, el nitrato es la forma más común en que ellas disponen del nitrógeno.

Ciclo del nitrógeno

Acción volcánica Plantas y tejidos animales Aminoácidos y residuos orgánicos

Plantas terrestres (síntesis de aminoácidos)

Amonificación

CPECH

Preuniversitarios

Asimilación

364

Fijación de nitrógeno

Nitrógeno atmosférico (N2) Desnitrificación

Amonio o amoníaco Nitrificación

Nitritos Nitratos Agua del suelo

Pérdida a los sedimentos profundos

NO2-

NO3

Plancton

Peces marinos

Capítulo 10

Organismo y ambiente

c. Asimilación Los nitratos ingresan a las raíces y, dentro de las células, se reducen nuevamente a amonio, que se incorpora a los compuestos orgánicos. Este proceso, a diferencia del anterior, requiere de energía.

4.4.3 Ciclo del Fósforo El fósforo es un elemento esencial de las moléculas biológicas, incluyendo al ATP, siendo además un componente importante de huesos y dientes. Las reservas de fósforo en los ecosistemas son las rocas, donde se encuentra unido al oxígeno en forma de fosfato. El ciclo de fósforo es sedimentario, porque no entra en la atmósfera. Como las rocas están expuestas y se erosionan, el agua de las lluvias disuelve al fosfato, el cual es absorbido fácilmente por las raíces de las plantas y otros autótrofos, y se incorpora a moléculas biológicas como el ATP. De los productores, el fósforo pasa a la red alimentaria. En todos los niveles se excreta el fosfato excesivo. Los descomponedores regresan el fósforo restante en los cuerpos muertos al suelo y al agua en forma de fosfato. Aquí puede ser reabsorbido por los autótrofos o enlazarse con el sedimento y después reincorporarse a las rocas. Ciclo del fósforo Fosfatos en la orina Animales terrestres

Heces Tejidos animales Descomponedores (bacterias y hongos)

Plantas

Agua Fosfatos perdidos en el agua por el drenaje

Fosfatos en solución, en conchas y en esqueletos animales

Fosfatos en la orina Descomponedores (bacterias y hongos)

Tejidos de plantas y algas

Conchas y esqueletos

Tejidos animales y heces

Preuniversitarios

Parte del fosfato disuelto en el agua dulce se lleva a los océanos. Aunque una gran parte de este fosfato termina en los sedimentos del fondo, parte es absorbido por productores marinos y con el tiempo se incorpora en los cuerpos de los invertebrados y los peces.

CPECH

Pérdidas o sedimentos profundos

365

capítulo

10 4.4.4 Ciclo del Carbono

El ciclo del carbono involucra a dos procesos fundamentales, como la respiración y la fotosíntesis. Los organismos autótrofos a través de la fotosíntesis fijan el CO2 y lo transforman en carbohidratos; luego la planta puede ser ingerida por un herbívoro, siendo los compuestos orgánicos degradados y resintetizados en nuevas moléculas por el herbívoro. Posteriormente este animal puede servir de alimento a un carnívoro, ocurriendo nuevamente la digestión y síntesis de nuevos compuestos orgánicos. Durante su vida plantas y animales, a través de la respiración, liberan CO2 a la atmósfera como producto de desecho, y una vez que mueren, la materia orgánica que los constituye, por acción de bacterias descomponedoras, es degradada hasta CO2, liberándose este gas a la atmósfera. CO2

Atmósfera

Fotosíntesis

Atmósfera

CO2 Respiración CO2 Respiración

Biomasa vegetal y animal

Biomasa

CO2

Animales

Respiración

Hojarasca

Detritos/ materia orgánica del suelo Materia orgánica

Descomposición

5. Equilibrio ecológico

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En una determinada comunidad cada especie tiene su propio nicho ecológico, lo que hace que las poblaciones que constituyen el ecosistema tiendan a permanecer en equilibrio, manteniéndose así relativamente constante la relación numérica entre las especies que forman las diferentes poblaciones. Todo esto contribuye a que se resuelvan satisfactoriamente las necesidades de alimentación y espacio vital que requiere cada individuo.

366

No obstante, estos equilibrios naturales pueden ser alterados por perturbaciones que no siempre son muy profundas. Por ejemplo, si un año resulta más húmedo que lo habitual en una región árida, se estimula el desarrollo de la vegetación, trayendo como consecuencia el aumento de la población de roedores, que provocará un aumento de la población de aves de rapiña. Si al año siguiente la pluviosidad es normal, los autótrofos disminuyen, ocasionando una merma en la población de roedores por falta de alimentos, lo mismo que ocurre con los consumidores secundarios. El ejemplo anterior demuestra que el equilibrio ecológico es absolutamente dinámico, ya que está oscilando continuamente dentro de ciertos límites.

Capítulo 10

Organismo y ambiente

6. Influencia del hombre en el ecosistema El hombre, al igual que cualquier especie, tiene un nicho ecológico en la comunidad de seres vivos a la cual pertenece. Es un consumidor de todos los órdenes, así como también puede ser consumido por algún depredador. Sus restos, al morir, sirven de alimento a los microorganismos. Sin embargo, el hombre, además, tiene otra función ecológica derivada de su capacidad de razonar, permitiéndole actuar en forma voluntaria sobre los recursos que el medio le ofrece (recursos naturales). 6.1

Recursos naturales

Los recursos naturales incluyen todos aquellos componentes que son útiles al hombre: agua, suelo, flora, fauna, sustancias orgánicas e inorgánicas. En la medida que el hombre utilice racionalmente estos recursos, constituirán una fuente de bienestar para el mundo y sus habitantes. Los recursos naturales pueden clasificarse en dos grupos: renovables y no renovables.

a. Recursos naturales renovables Son todos aquellos cuya utilización no implica necesariamente su agotamiento, ya que tienen la facultad de conservar su capacidad productiva, siempre y cuando sean utilizados racionalmente. Tal es el caso del agua, suelo, bosques, praderas y vida silvestre. • La Flora: Los vegetales son muy útiles para el ser humano, no solo para la alimentación sino que para múltiples usos. Una de las formas en que el ser humano ha aprovechado este recurso es en la silvicultura, la cual tiene por finalidad mantener los bosques para una continua producción de bienes y servicios, por ejemplo, madera para la fabricación de muebles o para la producción de celulosa (entre otros usos). • La Fauna: La fauna, al igual que la flora, representa mucho más que recursos para nuestras necesidades alimenticias o de abrigo. Por ejemplo, fauna útil para la agricultura, está representada por los “controladores biológicos”, que son especies enemigas naturales de otras especies que representan plagas o producen daños en los cultivos. Ejemplo de esta fauna son las aves rapaces, como la lechuza, algunos mamíferos carnívoros como el Zorro Culpeo y variados tipos de insectos. También se considera a los polinizadores como fauna útil para la agricultura, como por ejemplo las aves, las abejas y las avispas.

b. Recursos naturales no renovables

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Comprenden a las materias inorgánicas, razón por la cual carecen de capacidad reproductiva. De tal manera que una explotación intensa trae necesariamente su exterminio, con las consiguientes consecuencias para el país y sus habitantes. Por lo tanto, la utilización de estos recursos debe ser más racional para no agotarlos en un tiempo breve.

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367

capítulo

10 6.2 Impacto del ser humano sobre el ecosistema Sabías que... La cantidad de agua del planeta corresponde aproximadamente a 1.500.000.000 km3, de los cuales los océanos ocupan el 75% de su superficie. El resto corresponde al agua dulce (ríos y lagos) que ocupan 93.000 km3 (representa el 0,006%).

La extinción de las especies es un fenómeno natural que se ha dado continuamente en el curso de la evolución, pero la intervención humana, modificando y contaminando el hábitat natural, ha acelerado este proceso.

a. Impacto sobre el agua El agua es imprescindible para la vida, sin embargo, está siendo constantemente contaminada. Por ejemplo, en el océano abierto, los barcos que surcan los mares tiran por la borda millones de contenedores de plástico diariamente; tiras de plástico que sostienen a latas de bebidas o cerveza, material de empaque, entre otros, son arrastrados por el agua y por el aire desde la tierra hacia los océanos, lugar donde se acumulan. El plástico es consumido por tortugas, gaviotas, delfines, focas y ballenas, las cuales frecuentemente mueren después de consumirlas. También ha servido como terreno para tirar desperdicios nucleares. Además debemos considerar la contaminación causada por el petróleo, a través de derrames de barcos petroleros, escurrimientos por manejos inadecuados en la tierra, filtraciones de pozos petroleros costeros y filtraciones naturales. Por último, la creciente demanda de peces para alimentar a una población humana en crecimiento, junto a tecnologías de pesca más eficientes, ha resultado en la disminución de importantes grupos de peces. Las tierras húmedas (pantanos, manglares) y las fuentes de agua dulce, como ríos, lagos y lagunas, han sido utilizadas en forma indiscriminada, especialmente para el consumo humano o para la actividad agropecuaria e industrial.

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El uso de compuestos químicos nitrogenados y fosfatados provenientes de detergentes, jabones y otros productos, puede provocar un fenómeno -especialmente en aguas de poca circulación, como bahías, estuarios cerrados o semicerrados, orillas de ríos- conocido como eutroficación. Este fenómeno corresponde al sobreenriquecimiento de las aguas, que provoca un explosivo crecimiento de algas y otros organismos con ciclos de vida cortos. La muerte de estos causa un incremento de bacterias y otros descomponedores, los cuales reducen la cantidad de oxígeno, agotando este recurso para la vida acuática. Como consecuencia final, toda la vida acuática perece.

368

b. Impacto sobre el aire El aire limpio, o sea, sin contaminantes, está compuesto principalmente por nitrógeno (78%) y por oxígeno (21%). El porcentaje restante de gases lo constituye el dióxido de carbono, argón, y otros como el vapor de agua (0,01% a 0,038%).

Capítulo 10

Organismo y ambiente

En forma permanente hay liberación de gases contaminantes hacia la atmósfera, los que se mezclan y se distribuyen por todo el planeta, no importando su lugar de emisión. Entre las principales fuentes contaminantes están las industrias, los hogares, los automóviles, buses y otros medios de transporte, cuyas emisiones gaseosas tienden a disminuir la concentración de ozono (O3) de la estratósfera y a aumentar el de la troposfera (parte de la atmósfera más cercana a la Tierra), donde es un gas contaminante y principal componente del smog urbano. Entre los principales contaminantes de la atmósfera se encuentran: • Dióxido de carbono (CO2): Constituye solo una pequeña fracción de la atmósfera de la Tierra, aproximadamente 0,035%, pero en los últimos 100 años ha ido aumentando, principalmente como consecuencia del aumento en la combustión de combustibles fósiles. Los análisis recientes han mostrado que la destrucción de las selvas también contribuye al aumento de los niveles de CO2 en la atmósfera. El CO2 tiene una propiedad importante por lo que su acumulación es preocupante, ya que atrapa calor. Este gas actúa como el cristal en un invernadero, permitiendo que entre la energía en forma de luz solar, pero absorbe y conserva esa energía una vez que se ha convertido en calor. Varios gases de invernadero comparten esta propiedad, incluyendo al metano, los clorofluorocarbonos y el óxido nitroso.

Este gas, junto con otros gases, absorbe la radiación infrarroja, lo que provoca un aumento en la temperatura del planeta (efecto invernadero). El CO2 disminuye la formación natural del ozono (O3) en la estratósfera y aumenta su velocidad de formación artificial en la troposfera. Efecto Invernadero Energía solar

Solo parte del calor radiado desde la Tierra escapa al espacio

Acumulación de gases de invernadero en la estratósfera La mayor parte del calor es absorbido por gases de invernadero y radiado de regreso a la Tierra Calor radiado desde la Tierra

Absorbida como calor por la Tierra

Estratosfera

Troposfera Tierra

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Muchos científicos creen que el efecto invernadero posiblemente cause un aumento de 1,5º a 4,5º en la temperatura global promedio para finales del siguiente siglo. Otra consecuencia, preocupante de la tendencia de calentamiento es el cambio en la distribución global de la temperatura y de las precipitaciones. Sin embargo, a pesar del conocimiento mundial del efecto invernadero, los avances son lentos debido a que los principales países emisores son renuentes a imponer restricciones que serían impopulares en sus territorios (como por ejemplo, restringir el uso del automóvil) y además sufren presiones de particulares en contra de cambios tecnológicos rápidos.

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Sabías que...

369

• Metano (CH4) y monóxido de carbono (CO): Su origen es natural y humano. El CO disminuye la capacidad de captar oxígeno, lo cual afecta, por ejemplo, las funciones cerebrales, pudiendo provocar la muerte.

capítulo

• Hidrocarburos halogenados: Son compuestos orgánicos cuya estructura contiene Cloro, Flúor o Bromo, siendo comúnmente denominados compuestos clorofluorocarbonados (CFC). Se originan solo de la actividad humana, principalmente por el uso de aerosoles y refrigerantes. Son muy estables en la troposfera y tienen una vida media muy larga. Los CFC son los responsables directos de la destrucción de la capa de ozono en la estratósfera. • Dióxido de azufre (SO2) y plomo: Provienen, principalmente, de los automóviles y de la actividad industrial. Sus efectos dañinos posibles son a nivel del sistema circulatorio, nervioso y reproductor.

• El óxido nitroso y dióxido de azufre: Son causantes de la lluvia ácida. Estos compuestos se relacionan principalmente con el uso de combustibles fósiles, como por ejemplo el petróleo, como fuente de energía. Cuando los óxidos de nitrógeno se combinan con el vapor de agua en la atmósfera, se convierten en ácido nítrico y el dióxido de azufre se convierte en ácido sulfúrico. Días después y a veces a miles de kilómetros de la fuente, caen lo ácidos, ya sea disueltos en lluvia o como partículas secas microscópicas. Los ácidos corroen los edificios, dañan los árboles y las cosechas y dejan a los lagos sin vida. La lluvia ácida también puede matar a microorganismos descomponedores, con lo que se impide el regreso de nutrientes al suelo. Las plantas, envenenadas y privadas de nutrientes, se debilitan y se hacen más vulnerables a las infecciones y a los ataques de insectos.

Un ejemplo dramático del efecto de las lluvias ácidas en los seres vivos se presenta en Holanda, en donde las aves canoras no se están reproduciendo bien, ponen huevos con cascarones delgados, en los cuales se desarrollan embriones con deformaciones en los huesos, evidencia de la deficiencia de calcio. Los investigadores han descubierto que estas aves obtienen la mayor parte de su calcio de los caracoles, cuyas conchas son ricas en este mineral. Sin embargo, durante los últimos 20 años las poblaciones de caracoles han desaparecido casi por completo, como resultado de la lluvia ácida. Por lo tanto, las aves canoras podrían ser las próximas en desaparecer. La capa de ozono se encuentra aproximadamente a 30 km de altura en la atmósfera y su función es protegernos de los rayos ultravioleta provenientes del sol, evitando que estos alcancen la superficie terrestre. Por lo tanto, su deterioro traería consecuencias nefastas para la vida. La sobreexposición a los rayos ultravioletas sin ningún tipo de protección puede causar mutaciones en el material genético, afectar al sistema inmune y provocar cáncer a la piel. En el caso de las plantas, disminuye su capacidad fotosintética. Radiación ultravioleta

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Radiación ultravioleta

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Ozono presente

Ozono ausente

Capítulo 10

Organismo y ambiente

c. Impacto sobre la vida silvestre El hombre ha alterado el balance de las poblaciones naturales en ciertas áreas con la introducción de nuevas y exóticas especies para controlar pestes y depredadores. El hombre, sin lugar a dudas, actúa de manera determinante en el equilibrio de la naturaleza. Sin embargo, esta acción muchas veces modifica negativamente el medio, ocasionando graves alteraciones al equilibrio natural, amenazando dramáticamente su propia existencia. • Sobre la agricultura: - Devastación de praderas y deforestación. - Sobre-explotación de recursos naturales. - Utilización de pesticidas no biodegradables (como por ejemplo, el DDT).

Sabías que... Estados de Conservación Según la experiencia internacional, no es posible fijar un número poblacional que límite cada categoría de conservación ni tampoco una superficie mínima de hábitat para decir que una especie está en peligro de extinción o no. Se debe usar el criterio y consenso de los especialistas en flora y fauna para fijar el estado de conservación de cada especie.

• Contaminación ambiental: - Eliminación inadecuada de basuras. - Eliminación de productos tóxicos por industrias, vehículos motorizados y en la actividad doméstica, provocando con ello contaminación atmosférica.

6.3 Conservación de los recursos Para conservar los recursos renovables se requiere de un trabajo responsable en todos los niveles de la sociedad. La población, en general, debe respetar los recursos utilizándolos en forma racional y evitando contaminar el ambiente. Las empresas que explotan recursos deben cumplir las normativas vigentes de conservación, elaborando planes de manejo que no pongan en riesgo el ambiente ni la disponibilidad de recursos, tanto en el presente como en el futuro. El Estado debe implementar políticas para la conservación de recursos y garantizar su aplicación.

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En la actualidad Chile cuenta con un “Sistema Nacional de Áreas Silvestres Protegidas del Estado (SNASPE)”, que consiste en proteger y manejar estos ambientes naturales para conseguir los objetivos de protección y conservación. Comprende a todas las áreas declaradas Parques Nacionales, Reservas Nacionales, Monumentos Nacionales, entre otros, administradas por la Corporación Nacional Forestal (CONAF), dependiente del Ministerio de Agricultura.

371

capítulo

10 7. Biodiversidad De acuerdo a la Ley de Bases Generales del Medio Ambiente: “la biodiversidad o diversidad biológica es la variabilidad entre los organismos vivos que forman parte de todos los ecosistemas terrestres y acuáticos. Incluye la diversidad genética dentro de una misma especie, entre especies y entre ecosistemas”. Las especies son las diferentes clases de vegetales, animales y microorganismos que pueblan la Tierra. A través de miles de millones de años han aparecido nuevas especies, mientras que aquellas que no pudieron adaptarse a los continuos cambios de las condiciones ambientales se extinguieron. En nuestro planeta, hay unos 30 millones de especies, pero hasta ahora la biodiversidad que se ha descrito y clasificado se estima en alrededor de 1.750.000 especies, aunque según algunos científicos es posible que existan hasta 100 millones de especies sin identificar todavía. De la cifra conocida, la mayoría (750.000) son insectos, 41.000 vertebrados y 250.000 plantas; el resto se compone de una compleja gama de invertebrados, hongos y microorganismos. La mayoría de las especies se encuentran cerca del Ecuador, mientras que cerca de los polos hay muchas menos. La diversidad de especies tiene su punto culminante en las selvas tropicales y en los arrecifes de coral. Por ejemplo, en una hectárea de bosque tropical de América Latina puede haber de 40 a 100 especies de árboles, mientras que en una hectárea de bosque en el este de América del Norte solo hay de 10 a 30 especies.

Actividades 1. Define el término biodiversidad.

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2. ¿En qué sector de nuestro planeta existe una mayor biodiversidad de especies? Fundamente su respuesta.

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7.1 Biodiversidad en Chile En Chile la biodiversidad no se caracteriza por ser numerosa, pero sí por poseer un alto nivel de endemismo (propio del país) en comparación con otros países de clima similar (clima templado). La posición geográfica aislada del territorio nacional, la variedad de climas, el tamaño reducido del área continental y la historia del poblamiento faunístico son las causas de esto.

Capítulo 10

Organismo y ambiente

Pero además de las especies, los ecosistemas también poseen características endémicas. El 25% de las ecorregiones vegetacionales son endémicas, así como el 70% de las ecorregiones de ambientes dulce-acuáticas.

7.2 Peligros y amenazas de la biodiversidad La extinción de especies es un proceso natural, pero con el inicio de la actividad agrícola hace 10 mil años, la expansión de los asentamientos humanos y el desarrollo del comercio y la industria, esta aumentó notablemente. Hoy cada 30 minutos se extingue una especie en el mundo, lo que representa un constante agotamiento de la riqueza biológica del planeta. Algunos autores sugieren que para el año 2025 podrían desaparecer hasta la mitad de las especies actualmente existentes; pérdida que sería muy difícil de compensar, ya que se necesitan entre 2.000 a 100.000 generaciones para que evolucione una nueva especie. La mayor amenaza a la biodiversidad es la transformación, alteración y destrucción de ecosistemas naturales producto de los cambios en el uso del suelo, generalmente para cultivar la tierra. La deforestación para estos fines, especialmente de los bosques tropicales lluviosos, constituye una de las principales causas de pérdida de biodiversidad. Estos bosques consumen gran parte del dióxido de carbono, uno de los principales gases de efecto invernadero y generador del calentamiento global. En los bosques tropicales lluviosos vive entre un 50% a 90% de las especies y su importancia radica no solo en su rica biodiversidad, sino también en la variedad de culturas humanas. Otro ecosistema muy delicado y con gran diversidad son los arrecifes de coral, los humedales y pantanos, lugares de gran productividad biológica, usados por las aves acuáticas para la cría y la alimentación y el descanso en sus emigraciones. Otras graves amenazas son: • • • •

Introducción o invasión de especies exóticas. Sobreexplotación de especies con fines comerciales, con la consecuente destrucción de hábitat de plantas y animales. Contaminación del suelo, aire y agua. Crecimiento demográfico e incremento en el consumo de recursos, lo que implica alteración de ecosistemas naturales y generación de desechos. • Cambios climáticos globales. Se suman a estas causas la falta de un enfoque ecologista que dé cuenta de la complejidad e interdependencia de sus componentes; las deficientes políticas en la gestión y manejo de los recursos naturales; los efectos del comercio internacional; los desequilibrios en la distribución del ingreso; las fallas en la asignación de los derechos de propiedad, etc.

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capítulo

10 Actividades Algunas causas de deterioro ambiental y su contribución relativa Causas de deterioro ambiental

Contribución relativa

Acción humana (incendio, deforestación)

22,8 %

Erosión por agua

19,3%

Aumento área urbana e industrial

16,7%

Alteración por químicos

15,8%

Otros

25,4%

Total de problemas ambientales identificados

1.288

Total de problemas relacionados con pérdida de suelo

144

Fuente: Comisión nacional del medio ambiente (CONAMA)

En base a los datos entregados en la tabla anterior, desarrolla las siguientes preguntas: 1. Realiza una comparación en cuanto a orden de importancia, entre las diversas causas de deterioro ambiental.

2. Clasifica las diversas causas de deterioro ambiental natural y artificial. Explique además los efectos del deterioro ambiental sobre la biodiversidad.

Pérdida de biodiversidad en Chile

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En Chile las principales causas de pérdida de la biodiversidad son la extracción de recursos naturales, los cambios en el uso del suelo y la contaminación urbana, industrial y agrícola. A lo largo de la historia estas presiones han llevado a tener un pasivo ambiental, con signos de alteración del territorio a nivel nacional, regional y local. Las principales expresiones de estos deterioros acumulados son la erosión de los suelos, la disminución de los caudales y la sedimentación en algunos ríos a niveles tales que no pueden cumplir con sus funciones ecológicas; las bajas en los desembarques pesqueros; las pérdidas de hábitat, naturales, incluyendo bosque nativo; y la degradación del paisaje. Además, por su ubicación y características geográficas, Chile es particularmente vulnerable y directamente afectado por los fenómenos ambientales globales como la exposición a la luz ultravioleta debido al agotamiento de la capa de ozono y a los fenómenos de inestabilidad climática provocados por la corriente “Del Niño” y por el cambio climático.

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Capítulo 10

Organismo y ambiente

Actividades En base a la siguiente información, desarrolla algunas preguntas que a continuación se presentan. Ejemplos de especies introducidas en Chile y sus efectos ecológicos Especies introducidas

Efectos sobre la flora y fauna

Mirlo

Parasita los nidos de aves nativas

Liebre y conejo

Compiten por alimentos con mamíferos nativos, sobrepastorean la vegetación, constituyen nuevas presas para los depredadores nativos.

Rata Noruega (Guarén), Rata negra (Pericote), Ratón (Laucha)

Comen y ensucian granos almacenados para consumo humano y animal, depredan sobre aves nativas y sus huevos, transmiten enfermedades al ser humano.

Visón

Depreda sobre fauna nativa.

Jabalí

Destruye la vegetación y consume huevos y crías de fauna nativa.

Ciervo, Gamo, Cabra silvestre

Destruyen la vegetación nativa.

Indica las ventajas y desventajas que para nuestro país representa la introducción de especies exóticas.

2. Formula una hipótesis predictiva del efecto a futuro que podría tener en Chile la introducción de especies nativas.

7.3 Protección de los ecosistemas naturales Proteger los ecosistemas es de vital importancia, dado los bienes y servicios que estos proporcionan. Entre las funciones naturales que estos desempeñan se encuentran: purificación del agua y el aire, control de la erosión, regeneración del suelo, protección de cuencas, regulación de la temperatura, absorción y reciclaje de nutrientes y desechos, polinización y dispersión de semillas vía insectos, aves y mamíferos, entre otros. Junto con esto, los ecosistemas satisfacen las necesidades humanas básicas y son esenciales para la supervivencia humana en el futuro, ya que estos proporcionan: • Recursos para la agricultura, silvicultura, acuicultura y ganadería. • Recursos medicinales y farmacéuticos. • Materias primas para los procesos industriales de bienes y servicios (turismo).

La aparición de los organismos genéticamente modificados (OGMs) ha generado un importante debate internacional sobre el tema de la bioseguridad y el impacto adverso que estos pueden tener en la salud humana

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Los bienes y servicios de los ecosistemas son la base de las economías nacionales, proporcionan empleo y generan bienestar social y ambiental. La reducción de la productividad de los ecosistemas tiene efectos directos sobre las economías locales y puede tener elevados costos sociales y ambientales, afectando de modo más fuerte a los grupos más vulnerables.

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• Valor recreativo, estético o científico.

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y en la diversidad de especies, particularmente en aquellas de importancia alimentaria y comercial en el aspecto mundial. El debate gira en torno al establecimiento de mecanismos de precaución, para evitar riesgos derivados de la comercialización de OGMs que puedan provocar un efecto de “contaminación” o “erosión” genética.

capítulo

7.4 Estrategias de protección de la biodiversidad Si bien nadie duda de la dependencia de los seres humanos de los ecosistemas, integrar las consideraciones sobre su capacidad productiva en las decisiones relacionadas con el desarrollo es una tarea difícil, pues requiere revisar algunos aspectos básicos sobre la manera de medir y planificar el crecimiento económico. La pobreza obliga a muchas personas a pasar por alto los límites naturales de los ecosistemas de los cuales dependen, aun cuando estén conscientes. Así, al mismo tiempo que crecen las demandas por los servicios prestados por los ecosistemas, las actividades humanas disminuyen su capacidad para satisfacerlas en el futuro. Las estrategias globales para proteger la biodiversidad apuntan a: • Mantener los procesos ecológicos esenciales y los sistemas que sostienen la vida, de los que dependen las actividades económicas y la supervivencia humana. • Preservar la diversidad de especies y la diversidad genética. • Asegurar que todo uso de especies y de ecosistemas sea sustentable. Todo esto quedó establecido en la Estrategia Mundial de Conservación, desarrollada en 1980 y ampliada en 1991 por la Unión Internacional para la Conservación de la Naturaleza (IUCN en sus siglas en inglés), el Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente (PNUMA) y la Fundación Mundial para la Conservación de la Vida Silvestre (WWF en inglés). Junto con esto, existen también acuerdos internacionales relativos a la biodiversidad, las especies y los ecosistemas, que plantean medidas o estrategias de protección y resguardo para distintos fines. Chile ha firmado y ratificado los acuerdos más importantes en esta materia. Por otro lado, el consenso internacional acerca de la necesidad de proteger las especies y sus hábitat ha llevado a que distintos países planeen estrategias locales para alcanzar este objetivo. La manera más común de hacerlo es a través de sistemas de parques, refugios, reservas, etc. En el mundo reciben esta protección alrededor de 7 mil hectáreas (4.8% de la superficie terrestre) y 300 están designadas como Reservas de la Biosfera por la UNESCO. La conservación de la biodiversidad tiene por objetivo establecer un nivel adecuado de protección para la totalidad de los ecosistemas relevantes del país.

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La participación de la comunidad, la empresa privada y la administración pública, son fundamentales para decidir en conjunto qué es lo que se quiere proteger y las razones para ello, y cooperar activamente para lograr este objetivo.

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Capítulo 10

Organismo y ambiente

Actividades 1. ¿Qué medidas se están tomando en nuestro planeta para evitar la reducción de la biodiversidad? 2. En Chile, ¿qué medidas se están tomando para conservar la biodiversidad? 3. ¿Qué medidas tú tomarías actualmente para contribuir a conservar la biodiversidad de nuestro país?

8. Principios básicos de conservación y manejo sustentable de recursos renovables 8.1 conservación La conservación es una disciplina que busca conseguir el uso prudente y aprovechamiento de los recursos naturales renovables de forma inteligente que permita la obtención del máximo beneficio que son capaces de lograr, pero asegurando su mantención e incremento a través del tiempo gracias a su capacidad de regeneración. Esta disciplina no solo busca, enumera y describe los problemas ambientales, como por ejemplo, que el aire está más contaminado, o que el70% del agua pura es desperdiciada en actividades industriales o agrícolas, también la conservación influye en la toma de decisiones, tanto políticas como personales, en cómo aprovechar mejor la energía, respetar el derecho a la vida de todos los organismos que habitan el planeta y no atacarlos solo por diversión. Chile requiere desarrollar estrategias que le permitan aprovechar sus recursos naturales, que le den acceso a competir en este mundo globalizado, que amplía el número de mercados acrecentando las oportunidades de mejorar las condiciones sociales de su población, pero cuidándose de las amenazas de peligro que esto trae, por esta razón debe realizar esta explotación en el marco de una relación entre el humano y su medio, que asegure un desarrollo sustentable en el corto, mediano y largo plazo. Desarrollo Sustentable De acuerdo a la ley de Bases del Medio Ambiente N° 19.300, publicada en el diario oficial del 9 de marzo de 1994, Artículo N° 2, letra g:

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Desarrollo sustentable: Es el proceso de mejoramiento sostenido y equitativo de la calidad de vida de las personas, fundado en medidas apropiadas de conservación y protección del medioambiente, de manera de no comprometer las expectativas de las generaciones futuras.   Para cumplir con las bases de la ley del medioambiente es necesario conocer el estado de conservación de las especies nativas, así como cuáles son las medidas de protección tomadas.

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capítulo

10 a. Categorías de estado conservación de las especies • Extintas en su distribución natural: Se considera que una especie está extinta en su distribución natural, cuando no ha sido localizada en su hábitat a lo menos durante los pasados 50 años.

Ejemplo de especies en extinción son: el zarapito boreal, el sándalo de Juan Fernández del archipiélago del mismo nombre, el toromiro de la Isla de Pascua, el azulillo de la cuenca de Santiago, y el cactus de la costa de la Región del Libertador Bernardo O’Higgins.

• En peligro: Son aquellas especies de las que existe un escaso número de ejemplares en la naturaleza y cuya existencia está seriamente amenazada si los factores causales, naturales y humanos, continúan afectándolas. Se incluyen especies cuyas poblaciones se han reducido a un nivel crítico o cuyo hábitat ha disminuido tan drásticamente, que se hallan en riesgo inminente de extinción.

Como ejemplo de especie en peligro de la flora, se encuentra el belloto del Sur, que se distribuye en la VI, VII y VIII región y la avellanita que redistribuye en la V región y Región metropolitana.

Como ejemplo de especie en peligro de la fauna, se encuentra la chinchilla de cola corta, el huemul que se redistribuye desde VIII, X, XI y XII región, la nutria de río o huillín desde el río Cachapoal, antiguamente se distribuía desde la VI Región hasta Magallanes, pero ha sido marginada a solo algunos ríos del sur de Chile y el sapo de rulo que habita en el altiplano de Chile.

• Vulnerables: Son aquellas especies que podrían pasar a la categoría de en peligro en el futuro próximo, si las causales de su disminución continúan existiendo. Incluye a especies cuyas poblaciones están disminuyendo por sobreexplotación, destrucción intensiva del hábitat u otras alteraciones del medioambiente.

Como ejemplo de especie vulnerable de la flora, se encuentra la Palma chilena, que se distribuye desde la IV a VII y RM, el ciprés de la Cordillera que se distribuye desde la V a X y RM, la araucaria que se distribuye desde la VIII a X Región y el Alerce de la X Región.

Como ejemplo de especie vulnerable de la fauna se encuentra la Vicuña, que habita principalmente la I Región; la vizcacha, que habita principalmente la I Región; el Puma, que habita la gran mayoría de las unidades del Sistema Nacional de Áreas Silvestres

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• Raras: Se refiere a especies que aparentemente siempre han sido escasas, que están en los últimos estados de su extinción natural; o especies con distribución muy restringida, con pocas defensas y escaso poder de adaptación.

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Como ejemplo de especie rara de la flora, se encuentra el Anisillo de distribución entre la II y III región; el Arrayán de hoja roja, que se distribuye entre la IV y V; y el Radal enano, que se distribuye entre la VII a IX Región.

Como ejemplo de especie rara de la fauna, se encuentra la perdiz copetona que habita desde Chile Chico a la Región de Aysén, la perdiz austral que habita en Aysén y Magallanes, garza cuca que habita entre Antofagasta (Paposo) y Magallanes.

• Insuficientemente conocidas: Son especies que se suponen incluidas en alguna de las categorías mencionadas anteriormente, pero cuyo estatus se definirá de acuerdo a futuras investigaciones. • Fuera de peligro: Considera a especies que presentan un estado de conservación satisfactorio o a aquéllas que estuvieron en una de las categorías anteriores, pero que en la actualidad están relativamente seguras debido a las efectivas medidas de conservación.

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b. Causas de la disminución de la Flora y Fauna de Chile Entre las principales causas de la disminución de la flora y fauna autóctona, está el uso de suelos forestales para la agricultura y ganadería, la destrucción del hábitat por medio de la disminución del bosque nativo, la desecación de humedales para su habilitación como terrenos de agricultura y ganadería, la introducción de especies foráneas que compiten sin control natural por alimento y espacio con las especies nativas, sin contar con las enfermedades que traen a nuestros territorios, contra las cuales nuestra flora y fauna no tienen defensas. También es importante mencionar como causas que disminuyen la flora y fauna, la expansión urbana, los incendios forestales y la explotación indiscriminada por tala en el caso de los bosques y la caza y la captura de animales. Las especies animales más afectadas son la chinchilla, la nutria, el guanaco, el zorro, el gato silvestre y los lobos marinos por sus pieles. El guanaco, el huemul, la vicuña, el pudú, la vizcacha por su carne. El guanaco, la vizcacha y la torcaza por caza deportiva. Estos solo son algunos ejemplos entre otros muchos, del porqué nuestra flora y fauna está en permanente peligro, si no hacemos algo ahora.

c. Consecuencias de la disminución de flora y fauna La flora y fauna cumple funciones irremplazables en la mantención del equilibrio del ecosistema. Al disminuir y desaparecer la flora, los hábitat, naturales se deterioran, los suelos se erosionan, hasta llegar a la desertificación, los cauces de agua se pierden o bien se producen inundaciones, el ciclo del agua se ve completamente alterado, así como el oxígeno y el carbono, se pierden materias primas. La materia orgánica e inorgánica, al no haber descomponedores, no lleva a cabo sus ciclos, esto produce que los suelos se empobrezcan. Se modifican los suelos por falta de especies cavadoras. Desde el punto de vista económico se perderían materias primas para la industria, la farmacología y la artesanía. También se perdería la influencia que tiene la flora y fauna nativa en la recreación, alimentación rural y ecoturismo, entre otras actividades relacionadas con la economía del país.

d. Programas de protección y recuperación de la Flora y Fauna de Chile La flora y fauna nativa de Chile presentan un deterioro grave, muchas de sus especies vegetales y animales están en peligro de extinción o extintas. Para enfrentar esta situación se han estructurado algunos programas de trabajo, tanto por el estado en la Corporación Nacional Forestal (CONAF) como asociaciones particulares como el Comité pro defensa de la flora y fauna de chile (CODEFF), que son los dos ejemplos que estudiaremos con más detalle.

Finalmente, su meta es elaborar un plan de manejo racional para el uso sostenido de cada especie una vez que las poblaciones se hayan recuperado.

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También persigue establecer las causas directas e indirectas que originan los problemas de conservación, el lugar del que son originarias y el estado de conservación de las especies. Formar lugares con especies, poblaciones y comunidades de flora y fauna de interés para ser incorporadas al Sistema Nacional de Áreas Silvestres Protegidas del Estado (SNASPE), y lograr la reintroducción de especies en problemas en localidades dentro de su área de distribución natural o bien en las Áreas Silvestres Protegidas.

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CONAF tiene un programa de trabajo cuyas metas son desarrollar proyectos de investigación y manejo de especies con problemas de conservación. Para cumplir estas metas se han dedicado a determinar las especies que presentan problemas de conservación y establecer la situación actual de sus poblaciones, recabar antecedentes biológicos y ecológicos de las especies junto con el establecimiento de sistemas de vigilancia y monitoreo de las poblaciones, especialmente en las que se encuentran dentro de las Áreas Silvestres Protegidas.

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capítulo

10 Sabías que... Sistema Nacional de Áreas Silvestres Protegidas del Estado (SNASPE): Es un conjunto de ambientes naturales, terrestres o acuáticos, que el Estado protege y maneja para lograr su conservación. El sistema está compuesto por Parques Nacionales, Reservas Nacionales y Monumentos Naturales. Parque nacional: Es un área generalmente extensa, donde existen diversos ambientes únicos o representativos de la diversidad ecológica natural del país, no alterados significativamente por la acción humana, capaces de autoperpetuarse. En los parques nacionales las especies de flora y fauna, y las formaciones geológicas, son de especial interés educativo, científico o recreativo. Reserva nacional: Es un área cuyos recursos naturales es necesario conservar y utilizar con especial cuidado, por ser susceptibles de sufrir degradación o por su importancia en el resguardo del bienestar de la comunidad. Monumento natural: Es un área generalmente reducida, caracterizada por la presencia de especies nativas de flora y fauna o por la existencia de sitios geológicos relevantes desde el punto de vista escénico, cultural educativo o científico.

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CODEF impulsó en 1997 la Red de Áreas Protegidas Privadas (RAPP) en nuestro país, entidad que reúne a más de 100 miembros, que corresponden a particulares, fundaciones, ONG, inmobiliarias, universidades y otros organismos del sector privado, a lo largo del país, quienes realizan actividades de conservación en áreas silvestres de dominio privado, logrando hoy en día contar con 133 áreas silvestres y 386.571,5 ha bajo protección. Además esta iniciativa promueve el intercambio de experiencias y de información, capacitación y acceso a la asistencia técnica y legal. Con el principal objetivo que sus miembros cuenten con Planes de Manejo para áreas protegidas, protejan legalmente sus predios y obtengan incentivos que fortalezcan, estimulen y fomenten la conservación de áreas silvestres.   CODEFF da apoyo técnico para la planificación de áreas silvestres protegidas, líneas base de flora y fauna, planes de manejo, monitoreo, educación, ecoturismo, manejo sustentable de bosque, entre otros.

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Entre los muchos ejemplos de su actividad, solo mencionaremos entre las áreas protegidas de CODEFF, la reserva Río Claro de la Región de Aysén, ésta es un área Silvestre Protegida de 500 has, manejadas conjuntamente con la Corporación Nacional Forestal, CONAF. Fue adquirida por CODEFF, en 1991, con fondos de la Sociedad Zoológica de Frankfurt. Está ubicada en la Región de Aisén del General Carlos Ibáñez del Campo, Provincia y Comuna de Coyhaique. Distante a 16 km. de la ciudad de Coyhaique, en dirección sur-oeste, colinda con el Parque Nacional Río Simpson, perteneciente al Sistema Nacional de Areas Silvestres Protegidas del Estado, SNASPE. Su importancia se relaciona con la protección y conservación del hábitat de huemules, bosque nativo mixto coigüe-lenga y numerosas especies en peligro de extinción. CODEFF también participa de un plan para la Conservación del Huemul del Sur, elaborado por CONAF y CODEFF, que se lleva acabo gracias a la cooperación de muchas personas e instituciones, su finalidad es establecer corredores biológicos y zonas de amortiguamiento para permitir la intercomunicación entre sectores de vida silvestre separados físicamente, estos puntos serian el sector de Nevados de Chillán y Laguna de La Laja, de más de 500.000 ha.

Capítulo 10

Organismo y ambiente

Como último ejemplo de la actividad de CODEFF, mencionaremos su Centro de Rehabilitación de Fauna Silvestre, CRFS, que fue creado en 1992, para tener un lugar físico en donde albergar y rehabilitar animales silvestres heridos, entregados o decomisados por las autoridades pertinentes según la ley de caza, para luego liberarlos en su hábitat natural. Se ubica en el Sector del Cajón del Maipo, alrededor de 30 km. de Santiago, anualmente atiende un promedio de 100 individuos, entre ellos loros, zorros, felinos, pudúes, quiques, culebras y otros reptiles. Una vez lograda su rehabilitación, es decir, que están aptos para volver a sus ambientes, se mantienen en jaulas de preliberación y finalmente son liberados en áreas silvestres protegidas, en coordinación con SAG y CONAF.   En conjunto, los Parques y Reservas Nacionales más los Monumentos Naturales representan una superficie de 14.123.571 hectáreas, lo que equivale al 19% del territorio nacional (continental e insular). Categoría de manejo PARQUES NACIONALES RESERVAS NACIONALES MONUMENTOS NATURALES TOTAL SISTEMA

N° unidades 31 48 15 94

SUPERFICIE (ha) 8.718.260 5.389.432 17.879 14.125.271

8.2 Sistema de Evaluación de Impacto Ambiental (SEIA). Partes constituyentes del SEIA a. Nociones de Evaluación de Impacto Ambiental La presente información está basada en el Manual de Evaluación de Impacto Ambiental, CONAMA, 1994. La protección ambiental, está enfocada a un desarrollo sustentable, que promueve la conservación de recursos naturales como la tierra, el agua y los recursos genéticos, pero a la vez, su uso técnicamente apropiado, económicamente viable y socialmente aceptable, que permita satisfacer las necesidades crecientes de la población y lograr el desarrollo requerido de un país. Si bien es cierto parece ser que el crecimiento económico y la protección del ambiente son antagónicos, con buenos planes de manejo ambiental y leyes que los limiten pueden ser aspectos complementarios. De fracasar esta complementariedad los efectos adversos pueden ser desastrosos, pero si se logra un justo equilibrio y si las políticas e instituciones son eficaces los efectos adversos se pueden reducir en forma pronunciada, y conseguir un aumento de los ingresos proporcional a los recursos que se requieren para una mejor protección ambiental. Por esto es tan importante la evaluación de impacto ambiental, puesto que constituye una de las herramientas de protección ambiental, apoyada por una institucionalidad acorde a las necesidades de los distintos países, fortalece la toma de decisiones a nivel de políticas, planes, programas y proyectos.

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La evaluación de impacto ambiental, se entiende como un proceso de análisis que anticipa los futuros impactos ambientales negativos y positivos de acciones humanas permitiendo seleccionar las alternativas que, cumpliendo con los objetivos propuestos, maximicen los beneficios y disminuyan los impactos no deseados.

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b. Marco conceptual del proceso de evaluación de impacto ambiental

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capítulo

10 Esta evaluación puede ser llevada a cabo no tan solo para proyectos de grandes inversiones, tales como embalses, carreteras y plantas de energía, sino que también a actividades de desarrollo que involucren planes y programas de ordenamiento territorial, políticas y alternativas de acción. También es necesario evaluar los impactos de las acciones de desarrollo de mayor nivel, como es el caso de planes, programas y políticas.

c. Características del proceso de evaluación de impacto ambiental en el marco de la toma de decisiones Un proceso de evaluación de impacto ambiental debe ser diseñado para compatibilizar la protección ambiental y la ejecución de actividades humanas con el propósito de no deteriorar la calidad de vida de la población, permitir un uso sostenido de los recursos naturales y, al mismo tiempo, no constituir un impedimento o traba de acciones que contribuyan al desarrollo de un país. Obviamente dicho proceso debe estar sustentado por una ley y/o reglamento jurídico. El reglamento jurídico debe establecer procedimientos administrativos únicos que establezcan las formas de llevar a cabo el proceso, los roles y responsabilidades institucionales involucradas, la coordinación de actividades, los plazos límites para llevarlo a cabo y las formas de participación ciudadana, entre otras. De tal forma un proceso de evaluación de impacto ambiental debe incluir una serie de características que 1o hacen intrínsecamente una herramienta objetiva, eficaz e integral, en cuanto a lograr un análisis interdisciplinario de una acción determinada. Entre estas características debemos mencionar que debe permitir establecer un conocimiento técnicocientífico amplio e integrado de los impactos e incidencias ambientales de acciones humanas; debe identificar anticipadamente los efectos ambientales negativos y positivos de acciones humanas y diseñar en forma oportuna acciones que minimicen los efectos ambientales negativos y que maximicen los efectos positivos; debe permitir a la autoridad tomar decisiones de aprobación, rechazo o rectificación con pleno conocimiento de los efectos negativos y positivos que implica una acción humana; debe permitir a la autoridad ejercer un debido control sobre la dimensión ambiental de las acciones, a fin de garantizar que ellas no perjudiquen el bienestar y salud de la población y finalmente lograr la participación coordinada de los distintos actores involucrados.

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d. Ventajas del proceso de evaluación de impacto ambiental

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Las ventajas de realizar un proceso de impacto ambiental, y que lo concibe como un instrumento apropiado para lograr una adecuada protección ambiental, son permitir la previsión de los impactos negativos y positivos de una acción sobre la población y el medioambiente, permitir el conocimiento o entendimiento de los principales acción humana para lograr una comprensión profunda y extensa en una determinada localización, permite la racionalización de la toma de decisiones, ya que se orienta a la definición de un curso de acción futuro para resolver problemas, satisfacer necesidades y aprovechar oportunidades de un determinado sistema territorial; permite la coordinación adecuada, puesto que conocer los impactos ambientales de una acción permite una interacción multidisciplinaria que requiere de una coordinación intersectorial para abordarlos desde un punto de vista global; permite la eficiencia del uso de los recursos públicos y privados, por cuanto se analizan las alternativas de acción que evitan o disminuyan impactos en el medio ambiente, reduciendo la necesidad de destinar recursos en acciones correctivas posteriores y permite la participación ciudadana y búsqueda de consenso ya que a través de su incorporación en un proceso de evaluación de impacto ambiental la comunidad se interioriza sobre los impactos, tanto ambientales como socioeconómicos y culturales, de una determinada acción, evitando los de carácter negativos sobre su entorno inmediato y conflictos posteriores.

Capítulo 10

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e. Acciones que requieren de un Estudio de Impacto Ambiental En general, requieren un estudio de impacto ambiental, actividades o proyectos que por su tamaño, localización, proceso productivo, emisiones al aire, agua y suelo, incidencia sobre los recursos naturales, efectos ambientales entre otros, pueden causar impactos en el bienestar de la población humana o en su entorno, o que afecten los recursos naturales y el funcionamiento de los ecosistemas. Ejemplos de algunas de las actividades o proyectos recurrentemente evaluados son: La agricultura,con sus planes de ordenación rural; proyectos de regadío agrícola; actividades forestales, incluidas forestaciones, reforestaciones y explotaciones; actividades de producción animal aves, cerdos, bovinos, etc; recuperación de tierras del mar; etc. La industria extractiva, con sus perforaciones en profundidad, geotérmicos, para el almacenamiento de residuos nucleares y para abastecimiento de agua; extracción e instalaciones para procesamiento de turba, carbón, petróleo, gas, minerales metálicos y no metálicos, fábricas de cemento; etc. La industria energética, con sus instalaciones industriales para la producción y transporte de energía eléctrica, instalaciones para almacenar combustibles; aglomeración industrial de carbón; enriquecimiento y reelaboración de combustibles residuos radioactivos; etc.

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capítulo

10 Conceptos fundamentales

Abiótico: Corresponde al factor ecológico que representa el entorno inerte en el que se desenvuelven los organismos vivos.

Amplificación biológica: Proceso mediante el cual las sustancias tóxicas se acumulan en concentraciones cada vez más altas en los niveles tróficos superiores en una cadena alimenticia.

Biótico: corresponde a los componentes vivos como seres humanos, animales y plantas.

Biodiversidad: Variedad de especies presentes en un ecosistema determinado con sus características genéticas.

Cadena alimentaria: Paso de energía de un organismo a otro que ocurre a lo largo de una secuencia lineal alimentaria o trófica, es decir, una secuencia de organismos relacionados unos con otros como presa y depredador.

Ciclo biogeoquímico: Movimientos de materiales a través de reacciones químicas en toda la biosfera.

7. Comunidad: Conjunto de poblaciones de plantas, animales y microbios que se interrelacionan ocupando un mismo tiempo y lugar. 8.

Ecosistema: relación entre el medio abiótico y biótico.

Equilibrio ecológico: Mantención relativamente constante de la relación numérica entre las especies que forman las diferentes poblaciones, en una determinada comunidad donde cada especie tiene su propio nicho ecológico.

10. Fotosíntesis: Es el proceso por el cual los vegetales, utilizando la energía de la luz del sol, lleva a cabo una serie de reacciones químicas por las cuales se transforman el CO2 en azucares simples y además libera O2 a partir de CO2 y agua. 11. Población: grupo de organismos de la misma especie que potencialmente pueden interactuar y entrecruzarse, además viven en un mismo tiempo y lugar. Una población esta reproductivamente aislada de otros grupos semejantes.

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12. Trama alimentaria: corresponde a la interconexión de varias cadenas alimentarias cuya complejidad varía entre diferentes ecosistemas y dentro de ellos.

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Agua

Hidrología

Circulan entre el medio ambiente y los seres vivos

Nitrógeno

de...

Ciclos Biogeoquímicos

o...

Carbono

constituyen un medio para el...

Clima

Biotopo

Respiración celular

Fotosíntesis

Contaminación, uso combustibles fósiles, tala indiscriminada, calentamiento global, uso de CFC, etc.

CO2 circula como...

Comunidad

Comunidad del lago Peñuelas año 1998.

Actividad humana

Población

Especie

Egretta thula

afecta al...

Población de garzas del lago Peñuelas del año 1998.

Dusicylon culpaeus

Gambusia affinis

Población de pejerreyes del lago Peñuelas del año 1998.

Odontesthes regia

Ciclo de la materia

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Suelo

Organismo

Garza chica

Zorro culpeo

Gambusia

Pejerrey

Productores

afecta a la...

Ecosistema

= Energía

Consumidores

que son..

Niveles tróficos

Descomponedores

= Materia

organizadas en...

poblaciones

formada por...

Biocenosis o comunidad

Biosfera

Capítulo 10

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capítulo

10 Ejercicios

Ejercicios resueltos 1. A altas intensidades luminosas la tasa fotosintética aumenta, al incrementarse la temperatura. Sin embargo, en plantas de climas templados, 35°C es una temperatura límite a partir de la cual la fotosíntesis podría estar descompensada. Este hecho usted lo puede explicar porque I) una temperatura superior a los 35ºC favorece la apertura de los estomas y aumenta la tasa fotosintética más de lo necesario. II) la intensidad luminosa no sigue aumentando después de los 35ºC, por lo que no hay suficiente energía luminosa. III) a temperaturas superiores a 35ºC la actividad enzimática disminuye y con ello el rendimiento fotosintético. Es (son) correctas(s)

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A) solo I. B) solo II. C) solo III. D) solo I y II. E) solo II y III.

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Correcta: C. Habilidad: Aplicación. Defensa: El alza de temperatura provoca que las enzimas que participan de la fotosíntesis en un principio aumenten su función, pero al seguir aumentando la temperatura por sobre los 35ºC en adelante estas disminuyen su función. También se produce el cierre de los estomas para evitar la pérdida de agua por transpiración a través de ellos, por lo que también hay poco CO2 disponible para continuar la fotosíntesis.

2. Equilibrio ecológico puede entenderse por A) la igualdad del número de predadores y presas. B) el balance entre las necesidades de la comunidad y las ofertas del medio. C) la constancia de la biomasa en el tiempo. D) la constancia del número de individuos en el ecosistema. E) la constancia en la relación entre autótrofos y heterótrofos. Correcta: B. Habilidad: Comprensión. Defensa: Si existe balance entre las necesidades y ofertas del medio significa que los distintos organismos del medio están en equilibrio.

3. La eutroficación es un fenómeno que se caracteriza por I) ser provocado por compuestos contaminantes ricos en nitrógenos y fosfatos. II) producirse en aguas de poca circulación, como bahías, lagos, etc. III) producirse por reducción de O2, agotando este recurso para la vida acuática. Es (son) correctas(s) A) B) C) D) E)

solo I. solo I y II. solo I y III. solo II y III. solo I, II y III.

Correcta: E. Habilidad: Reconocimiento. Defensa: La eutroficación corresponde al sobreenriquecimiento de las aguas, producido por un explosivo crecimiento de algas y otros organismos con ciclos de vida cortos. La muerte de estos causa un incremento de bacterias y otros descomponedores, los cuales reducen la cantidad de oxígeno, agotando este recurso para la vida acuática. Como consecuencia final, toda la vida acuática perece.

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Ejercicios 4. ¿Cuál(es) de los siguientes factores afecta(n) la biodiversidad de nuestro país? I) Extracción inadecuada naturales. II) Uso del suelo. III) Contaminación agrícola. A) B) C) D) E)

recursos

Solo I Solo II Solo III Solo I y III I, II y III

Correcta: D Habilidad: Reconocimiento. Defensa: Los principales factores que afectan la biodiversidad de nuestro país son la extracción inadecuada de recursos naturales, la contaminación urbana, industrial y agrícola, entre otros.

Respecto del ecosistema, es correcto afirmar que I)

su estructura está determinada por factores bióticos y abióticos. II) las transferencias energéticas siguen las leyes de la termodinámica. III) la energía que ingresa circula en forma cíclica. A) B) C) D) E)

Ejercicios propuestos 1. El nitrógeno es absorbido por las raíces de las plantas principalmente en forma de A) nitrato. B) nitrito. C) nitrógeno orgánico. D) amoníaco. E) nitrógeno inorgánico.

2. En relación al flujo de energía a través del ecosistema, es FALSO afirmar que A) decrece sucesivamente a medida que desciende la pirámide. B) el productor solo traspasará al herbívoro un mínimo de energía. C) al carnívoro solo le es concedida por el herbívoro una parte de la energía. D) parte de la energía se libera en forma de calor. E) crece sucesivamente a medida que desciende la pirámide.

Solo l Solo lll Solo l y ll Solo ll y lll l, ll y lll

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Correcta: C. Habilidad: Comprensión. Defensa: La estructura de un ecosistema está determinada por factores bióticos (seres vivos) y factores abióticos (factores físicos del medio ambiente) y las transferencias siguen la 1ª y 2ª ley de la termodinámica. Mientras que la energía tiene un flujo lineal y NO cíclico, la energía una vez que pasa por un nivel trófico no vuelve atrás, a menos que iniciemos una nueva transferencia a partir de los productores.

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capítulo

10 Ejercicios

3. Está muy bien establecido que ciertos tipos de algas parduzcas (organismo fotosintético) llamadas “zooxantelas” pueden vivir dentro del cuerpo de algunos tipos de corales (animales). Las algas viven en la cubierta del tubo digestivo de cada uno de los pólipos del coral.

Durante el día, el alga lleva a cabo fotosíntesis, como cualquier otra planta. Mientras tanto, el pólipo utiliza el O2 liberado por las algas y los azúcares que se han producido en la fotosíntesis, proceso conocido como respiración a partir del cual se genera energía y se libera CO2. Las algas usan CO2 y liberan oxígeno durante la fotosíntesis. Considerando esta información, usted puede afirmar que I) los pólipos de coral liberan la energía que utilizan las algas parduzcas en su fotosíntesis. II) los pólipos de coral liberan el dióxido de carbono utilizado por las algas parduscas en su fotosíntesis. III) los pólipos de coral y las algas forman un sistema de intercambio de energía que favorece a ambos. Es (son) correcta(s)

4. Las asociaciones naturales de los organismos vivos cumplen con A) una necesidad benéfica para su supervivencia. B) una función adaptativa hacia el medio existente. C) una necesidad de potenciar sus recursos naturales. D) una necesidad evolutiva. E) una forma de relacionarse colaborando con el equilibrio ecológico.

5. La comunidad de lagunas subterráneas se caracteriza por presentar solo organismos consumidores y desintegradores. Dicha comunidad es dependiente, entonces, de A) los organismos productores subterráneos. B) la cadena de organismos consumidores de la comunidad. C) la materia orgánica proveniente del medio exterior. D) los organismos desintegradores de la comunidad. E) los factores abióticos del ecosistema de lagunas subterráneas.

A) solo I. B) solo II. C) solo III. D) solo I y II. E) solo II y III.

Comprensión

Aplicación

Comprensión

Reconocimiento

Alternativa

Número

Habilidad

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Comprensión

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Respuestas correctas

Bibliografía General • Biología Molecular de la Celula. 3era Edición Albert B., Bray D., Raff M., Lewis J., Robert K., Watson J. Editorial Barcelona Omega- 1994. • Biología. 5º edición Curtis H., Barnes N. Editorial Médica Panamericana- 2001 • Actualizaciones en Biología. 10a edición Castro R., Handil M., Rivolta G. Editorial Universitaria de Buenos Aires- 1991 • Biología Celular y Molecular. 12a edición De Robertis y De Robertis. Editorial El Ateneo- 1998 • Biología de las Plantas Raven. Hevert. Eichhorn. Editorial Reverté- 1992 • Biology, Concepts and Applications. 3a edición Starr C. Editorial Wadsworth -1996 • Tratado de Fisiología médica. 6a edición A.G. Guyton • Fisiología Humana. 6a edición A.J. Vander • Biología. 5a edición 1993 Curtis H., Barnes N. S. Editorial Médica Panamericana. 1993 • Biology, concepts and applications. 3a edición 1996. Starr C. • Claves para la Vida, La Salud. 1a edición Barsa International Publishers, Inc., 1999 • Tomo IV: Sistema Endocrino y Enfermedades Metabólicas. Reimpresión. Netter F. • Colección Ciba de ilustraciones Médicas; Atlas de enfermedades infecciosas. 1ª edición. J. Neugebaner • Principios de Anatomía y Fisiología. 9a Edición. G. Tortora - 2002. • Contribuciones Científicas y Tecnológicas Editada por el Departamento de Investigaciones Científicas y Tecnológicas, Universidad de Santiago de Chile, año XXIX. Agosto 2001 Nº 128 • Zoología. 6a Edición. Cockrum Mc Cauley • Biología “La Vida en la Tierra” 6a edición - 2003. T. Audesirk y G. Audesirk. Editorial Pearson Educación.

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