1º BACHILLERATO. Biología y Geología. Notas

Transcripción

1 1º BACHILLERATO Biología y Geología Notas

2 Introducción Las Notas amplían o complementan los contenidos explicados en las clases. Después de cada clase y antes de realizar las actividades propuestas en las Prácticas es conveniente que consulte las Notas correspondientes. ÍNDICE Tema 1: Los seres vivos: composición y función... 5 Esquema 1: Los seres vivos: características y organización... 5 Esquema 2: Composición química de los seres vivos I... 7 Esquema 3: Composición química de los seres vivos II... 9 Tema 2: La organización celular Esquema 4: La organización celular Esquema 5: La célula animal y la vegetal Esquema 6: Orgánulos celulares I Esquema 7: Orgánulos celulares II Esquema 8: El ciclo celular Esquema 9: La meiosis Tema 3: Histología Esquema 10: Los tejidos animales I Esquema 11: Los tejidos animales II Esquema 12: Los tejidos animales III Esquema 13: Los tejidos vegetales I Esquema 14: Los tejidos vegetales II Esquema 15: Los tejidos vegetales III El nivel celular 3

3 Tema 1 Los seres vivos: composición y función Esquema 1: Los seres vivos: características y organización 1. Niveles de organización de la materia viva La complejidad de los seres vivos, tanto en su funcionamiento como en su organización, ha permitido diferenciar varios niveles de organización. Cada uno de estos niveles tiene un grado de complejidad mayor que el anterior, presentando unas propiedades que no se encuentran en los niveles inferiores. Los niveles se pueden clasificar en dos grandes grupos: los abióticos, que se encuentran tanto en los seres vivos como en la materia inerte y los bióticos, que son exclusivos de los seres vivos. Empezando por los niveles más sencillos tenemos: - Subatómico: es el que está formado por las partículas que forman a los átomos, es decir, neutrones, protones y electrones. - Atómico: este nivel hace referencia a la parte más pequeña de un elemento químico. - Molecular: como su nombre indica, aquí se habla de moléculas, formadas por la unión de varios átomos gracias a enlaces químicos. - Macromolecular: las macromoléculas se obtienen de la unión de muchas moléculas, llegando a formar un polímero. La celulosa, por ejemplo, está formada por desde cientos a miles de moléculas de glucosa. - Complejo supramolecular: se forman si las macromoléculas se agrupan. La cromatina está formada por proteínas y ADN. - Subcelular: asimismo, la unión de varios complejos supramoleculares origina una estructura subcelular que tiene una función concreta en la célula. La mitocondria tiene la función de realizar la respiración celular y la obtención de energía para ser utilizada por la célula. - Célula: este es el primer nivel biótico. Las células, independientemente del tipo que sean, están formadas por distintos orgánulos y estructuras. - Tejido: como veremos más adelante, un conjunto de células parecidas que tienen el mismo origen y desempeñan una función concreta es lo que se denomina tejido. - Órgano: varios tejidos forman un órgano, el cual actúa de forma conjunta. - Aparato: es un conjunto de órganos diferentes en el que cada uno desempeña una función concreta pero que intervienen en funciones superiores del organismo. - Sistema: es el conjunto de órganos semejantes que lleva a cabo una misma función pero están formados por el mismo tipo de tejido. - Individuo: aquí se incluyen desde los seres más sencillos, los unicelulares, hasta los más complejos, los pluricelulares. Un individuo está formado por diferentes aparatos y sistemas. - Población: es un grupo de individuos de la misma especie que viven en el mismo lugar durante el mismo tiempo. - Comunidad o biocenosis: es el conjunto de poblaciones diferentes que comparten un mismo espacio y que se relacionan entre ellas. El nivel celular 5

4 6 El nivel celular - Ecosistema: se define como la unión de varias comunidades y las condiciones físicoquímicas del lugar que ocupan (el biotopo). Estas condiciones son, por ejemplo, la temperatura, la humedad, las horas de luz, la salinidad, la altitud, etc. - Biosfera: este nivel incluye a todos los ecosistemas, tanto terrestres como marinos, que se pueden encontrar en nuestro planeta.

5 Esquema 2: Composición química de los seres vivos I 1. Bioelementos Como sabemos, los bioelementos son aquellos elementos químicos que están presentes en los seres vivos, pero debemos insistir en que dichos elementos son los mismos que se pueden encontrar en el resto del universo. Es decir, cualquier elemento químico presente en cualquier ser vivo puede estar presente en rocas, gases o líquidos que se puedan encontrar en cualquier lugar del universo formando parte de planetas, satélites, estrellas, polvo estelar Sin embargo, al revés no se cumple: todos los elementos químicos que se encuentran en el universo no están en los seres vivos (por ejemplo, los gases nobles como el helio, el neón, el argón, etc.). Además, como hemos visto, la clasificación de los bioelementos es atendiendo a su abundancia, lo cual no quiere decir que los menos abundantes no desempeñen un papel fundamental en los seres vivos. Por ejemplo, el hierro está presente en menos de un 0,001 %, pero es imprescindible para que la hemoglobina, una proteína sanguínea, pueda transportar el oxígeno y el dióxido de carbono por todas las células del organismo. El yodo es necesario para que el tiroides sintetice las hormonas tiroideas y para el correcto funcionamiento del sistema inmune. El flúor se acumula en los dientes proporcionándoles mayor resistencia. 2. Biomoléculas 2.1. Biomoléculas inorgánicas El agua fue el medio en el que surgió la vida y es indispensable para el mantenimiento de la misma. Ya hemos indicado que el agua es la molécula más abundante en los seres vivos, pero los porcentajes en los que se presenta en ellos varían de unas especies a otras, e incluso, dentro de una misma especie este porcentaje varía con la edad y con los tejidos u órganos de los que estemos hablando. Por poner varios ejemplos, en el ser humano adulto el contenido de agua va desde el 62 al 67%, pero en un embrión de tres meses puede llegar a ser el 94%. A su vez, dentro de nuestra especie, los huesos contienen un 20% de agua, mientras que el cerebro llega al 87%, la sangre a un 80% o al 30% en el tejido adiposo. Otros seres vivos, como la medusa, tiene un 96% de agua en su organismo. Las funciones del agua en los seres vivos son muy diversas: - Actuar como disolvente: esto les permite llevar a cabo dos funciones muy importantes; por un lado sirve de vehículo de transporte de nutrientes y productos de desecho y, por otro, es el medio en el que tienen lugar todas las reacciones químicas celulares. - Regular la temperatura corporal: esta función la consigue gracias a una propiedad del agua y es que para aumentar en 1 ºC la temperatura de 1 kg de agua se necesita aportar más calor que para conseguirlo con otra sustancia líquida. Esto hace que regule la temperatura corporal independientemente de la temperatura que haga en el exterior. Además, cuando el agua se evapora y pasa a estado gaseoso absorbe mucho calor. Por eso, el mecanismo de la sudoración en los animales o el de transpiración en los vegetales sirve para regular su temperatura. Las sales minerales desempeñan funciones muy importantes: - fosfato y carbonato cálcico: presentes en los esqueletos internos de vertebrados. - Sílice: está presente en ciertos vegetales unicelulares (diatomeas), en las gramíneas o en determinados tipos de helechos dándoles consistencia, también aparece en el tejido conjuntivo proporcionando resistencia. El nivel celular 7

6 8 El nivel celular - Sodio (Na + ) y cloro (Cl ): iones necesarios para la transmisión del impulso nervioso. - Calcio (Ca 2+ ): además de formar parte de las estructuras esqueléticas, interviene en la contracción muscular o en la coagulación sanguínea. - Magnesio (Mg 2+ ): forma parte de la clorofila y de muchas enzimas. - Hierro (Fe 2+ y Fe 3+ ): interviene en la síntesis de la clorofila y forma parte de la hemoglobina, pigmento sanguíneo que transporta el oxígeno y el dióxido de carbono. - CO 2 3 : tiene función estructural. - Potasio (K + ): mantiene un grado de salinidad constante dentro del ser vivo y es necesario en la contracción muscular.

7 Esquema 3: Composición química de los seres vivos II 1. Biomoléculas orgánicas 1.1. Glúcidos Estas biomoléculas también suelen denominarse hidratos de carbono o azúcares. Su nombre proviene de una palabra griega que significa dulce, aunque no todos los glúcidos lo sean. Estas biomoléculas son las más abundantes en los vegetales, no así en los animales, donde predominan las proteínas y los lípidos. Los glúcidos más sencillos son los monosacáridos y están en todas las células. Algunos, como la glucosa, es la principal molécula utilizada por la célula para obtener energía. Otros, como la ribosa y la desoxirribosa, son monosacáridos presentes en los ácidos nucleicos. Los polisacáridos son más complejos, ya que están formados por la unión de muchos monosacáridos mediante el enlace O glucosídico. Por ejemplo, el almidón está formado por miles de moléculas de glucosa y está presente en los vegetales, donde desempeña la función de reserva. El glucógeno también está formado por miles de glucosas y desempeña la misma función de reserva energética pero en los animales. La celulosa también está formada por glucosas pero su función es estructural ya que forma parte de las paredes de las células vegetales Lípidos Los lípidos se clasifican en dos grupos dependiendo de si tienen ácidos grasos o no. Los ácidos grasos son moléculas muy largas hidrocarbonadas (que tienen carbono e hidrógeno) con un grupo ácido en uno de sus extremos. A su vez, los ácidos grasos pueden ser saturados o insaturados. Estos términos seguramente le sean familiares ya que se utilizan frecuentemente en nutrición: los aceites, presentes sobre todo en vegetales, están formados por ácidos grasos insaturados, mientras que las grasas, propias de animales, están formadas por ácidos grasos saturados. Dentro de los glicéridos los más conocidos son los triglicéridos y su función es de reserva energética; otros, como los fosfolípidos, forman parte de las membranas celulares, al igual que el colesterol, un esteroide Proteínas Como ya indicamos anteriormente, esta biomolécula es de las más abundantes junto con los lípidos en los animales. Entre las funciones de las proteínas cabe explicar la de actuar como catalizadores de las reacciones químicas, concretamente las enzimas. Un catalizador no es otra cosa que una molécula cuya función es acelerar las reacciones químicas, obteniéndose al final de dicha reacción la enzima en su estado original, con lo cual puede volver a actuar de nuevo en otra reacción química Ácidos nucleicos Como vimos en el esquema, y se aprecia en la siguiente imagen, los nucleótidos las unidades que forman a los ácidos nucleicos están formados a su vez por un grupo fosfato, un glúcido y una base nitrogenada. Además, el glúcido puede ser la ribosa (el ácido nucleico que obtenemos es el ácido ribonucleico o ARN) o la desoxirribosa (el que obtenemos es el ácido desoxirribonucleico o ADN). El nivel celular 9

8 Grupo fosfato N Base nitrogenada Glúcido 10 El nivel celular

9 Tema 2 La organización celular Esquema 4: La organización celular 1. La teoría celular Tal y como hemos visto en el esquema, la teoría celular fue desarrollándose a lo largo del tiempo con las nuevas aportaciones y estudios de diferentes científicos y gracias a los avances tecnológicos que se iban dando. La teoría celular se puede resumir diciendo que la célula es la unidad morfológica, fisiológica y genética de todos los seres vivos, ya que es la estructura más sencilla de la materia viva que es capaz de realizar todas las funciones básicas de un organismo, es decir, la nutrición, la relación y la reproducción. A pesar de la gran variedad de seres vivos que existen, estos se pueden agrupar en seres unicelulares o pluricelulares. En el primer caso están formados por una sola célula, como es una bacteria, una ameba o ciertas algas. En el segundo, están formados por millones de células, como por ejemplo un delfín o una palmera. 2. La célula procariota Desde el punto de vista evolutivo, las primeras células que aparecieron eran procariotas y a partir de ellas surgieron las eucariotas. Por lo tanto, estas células son más pequeñas y también más sencillas que las eucariotas. Las bacterias y las cianobacterias (organismos acuáticos con pigmentos azules y verdes que les permiten realizar la fotosíntesis y que pueden formar colonias con forma de filamento) son seres vivos unicelulares con células procariotas. Colonias filamentosas de cianobacterias. Como vimos en este esquema, las células procariotas tienen una serie de características, pero la que permite reconocer de manera fácil si estamos ante una célula procariota o eucariota es el núcleo: las procariotas carecen de este orgánulo y por eso su material genético la molécula de ADN se encuentra libre en el citoplasma. Además, en su citoplasma solo poseen ribosomas, El nivel celular 11

10 que son los orgánulos encargados de sintetizar las proteínas; por fuera de la membrana plasmática suelen tener una pared celular rígida con función protectora y que da forma a la célula y, en algunos casos, una cápsula a continuación, también con función protectora; en otras ocasiones pueden tener unas estructuras alargadas llamadas flagelos cuya función es permitir el desplazamiento de la célula en el medio en el que vive y otras más cortas y numerosas llamadas fimbrias que le sirven para fijarse. En cuanto a su metabolismo, lo hay aerobio (es aquel que puede llevarse a cabo en presencia de oxígeno) o anerobio (si no puede tener lugar en presencia de oxígeno). 3. La célula eucariota Como hemos visto, las características de las células eucariotas las diferencian bien de las procariotas. En primer lugar tienen núcleo con el ADN en su interior; tienen muchos orgánulos en el citoplasma, no solo ribosomas; pueden poseer pared celular (es el caso de las células vegetales); tienen reproducción sexual y asexual; un metabolismo aerobio y algunas pueden realizar la fotosíntesis. En los animales y los protozoos las células son de tipo animal, mientras que en las plantas, los hongos y las algas son de tipo vegetal, aunque los hongos no poseen cloroplastos y por tanto no pueden realizar la fotosíntesis. Ya hemos visto las características generales de las células procariotas y eucariotas y a pesar de las diferencias que existen entre estos dos tipos celulares, se puede decir que ambos tienen tres estructuras comunes: membrana plasmática, citoplasma con más o menos orgánulos y material genético (lo cual no significa que todas tengan núcleo, como ya vimos que ocurre con las procariotas). A modo de resumen veamos en el siguiente cuadro las principales diferencias entre células procariotas y eucariotas. Procariota 0,2 2 micrómetros (1 Tamaño micrómetro es la millonésima parte de un metro) ADN Sí, en el citoplasma y con forma circular Reproducción Asexual por división binaria y otros mecanismos Ribosomas Sí Sí Otros orgánulos No Sí Localización de las enzimas para realizar la respiración En la membrana plasmática Eucariota micrómetros Sí, en el núcleo y con forma lineal Asexual por mitosis y sexual por meiosis En las mitocondrias Pared celular Sí (compleja) Solo en células vegetales Cloroplastos No Solo en células vegetales Respiración Aerobia y anaerobia Aerobia Locomoción Por flagelos Por flagelos, cilios y pseudópodos Organización celular Unicelular Pluricelular 12 El nivel celular

11 Esquema 5: La célula animal y la vegetal 1. La célula animal La membrana plasmática de estas células está formada por lípidos, proteínas y glúcidos. Los lípidos se presentan en ella formando una doble capa, las proteínas están englobadas en dicha doble capa y los glúcidos se localizan en la superficie externa de la membrana. El citoplasma es una zona gelatinosa de la célula cuya composición es agua, proteínas y ciertas enzimas, siendo el lugar donde se localizan los orgánulos celulares. El núcleo es el orgánulo que contiene el material genético que está asociado a proteínas. 2. La célula vegetal A diferencia de las células animales, las vegetales poseen por fuera de la membrana plasmática una pared celular rígida, compuesta principalmente por celulosa, y cuya función es proteger y dar forma poliédrica a la célula. Veamos también las diferencias entre células animales y vegetales resumidas en la siguiente tabla. Célula animal Célula vegetal Membrana plasmática Sí Sí Pared celular No Sí Retículo endoplasmático Sí Sí Aparato de Golgi Sí Sí Vacuolas Escasas y de pequeño tamaño Una y de gran tamaño Lisosomas Muchos Pocos Peroxisomas Sí Sí Cloroplastos No Sí Mitocondrias Sí Sí Ribosomas Sí Sí Centrosoma Sí No Cilios A veces No Flagelos A veces Rara vez Membrana nuclear Sí Sí Posición del núcleo Central Lateral Nucleoplasma Sí Sí Cromatina Sí Sí Nucleolo Sí Sí El nivel celular 13

12 Esquema 6: Orgánulos celulares I 1. Centrosoma Este orgánulo está formado por dos centriolos perpendiculares entre sí y formados a su vez por microtúbulos de proteínas, estando estos rodeados de fibras proteicas que salen a modo de radios y llamadas fibras del áster. Centriolos Fibras del áster 2. Retículo endoplasmático Es un conjunto de membranas que rellenan el interior del citoplasma y que delimitan y comunican entre sí cavidades cerradas. Pueden tener ribosomas adosados o no. Retículo endoplasmático rugoso con ribosomas adosados 3. Aparato de Golgi Este orgánulo también está formado por un grupo de membranas en forma de sacos que se apilan. Cada uno de estos grupos se denomina dictiosoma. 14 El nivel celular

13 Dictiosoma de un aparato de Golgi Vesículas Nucleolo Núcleo 4. Vacuolas Las vacuolas en las células vegetales suelen ser de gran tamaño, sobre todo en las células adultas, tanto que al ocupar una posición central comprimen el citoplasma y el núcleo contra la membrana plasmática. Las sustancias que almacenan las vacuolas son muy variadas: almidón como fuente nutritiva para la germinación y crecimiento del vegetal; pigmentos cuya función es colorear los pétalos de las flores con el fin de atraer insectos que la polinicen; sustancias tóxicas con la finalidad de protegerse ante la acción de los herbívoros Vacuolas con el pigmento antocianina, que da el color rojo, púrpura o azul a hojas, flores y frutos (frambuesa, mora, uva azul y negra, etc.). El nivel celular 15

14 Esquema 7: Orgánulos celulares II 1. Mitocondria Las mitocondrias son los orgánulos encargados de producir la mayor parte de la energía que necesita la célula para llevar a cabo sus funciones vitales. La respiración celular, el proceso por medio del cual la mitocondria genera ATP (la molécula energética), tiene lugar concretamente en las crestas mitocondriales de la membrana interna de este orgánulo. Además, si las necesidades energéticas de la célula son grandes, habrá mayor número de crestas que si sus necesidades son menores. Por lo tanto, las crestas mitocondriales son repliegues internos que incrementan la superficie de la membrana interna, lo cual permite una mayor capacidad de producir energía. Un aspecto interesante de las mitocondrias es su origen. Llama la atención que siendo un orgánulo celular posea ADN propio. La teoría más aceptada para explicar su origen, teniendo en cuenta esta particularidad, es la llamada teoría endosimbiótica. Esta explica que una célula procariota con capacidad para obtener energía a partir de nutrientes orgánicos usando oxígeno, se fusionó con otra célula procariota o eucariota primitiva pero que no fue digerida al instante. Se produjo entonces una simbiosis que perduró en el tiempo ya que ambas células obtuvieron un beneficio: la procariota invasora proporcionaba energía en forma de ATP, mientras que la célula invadida proporcionaba un medio estable y rico en nutrientes. Con el paso del tiempo, la célula invasora pasó a formar parte del otro organismo hasta terminar convirtiéndose en la mitocondria, pero conservando su ADN propio. 2. Cloroplasto Este orgánulo tiene varias semejanzas con las mitocondrias. En primer lugar, también posee una doble membrana. Además, su función es proporcionar energía a las células vegetales en forma de ATP pero por medio del proceso llamado fotosíntesis. Este proceso lo pueden llevar a cabo gracias al pigmento denominado clorofila localizado en la membrana interna de este orgánulo. Por otro lado, también posee ADN propio y la explicación también es la teoría endosimbiótica. Célula procariota que será incorporada Cloroplasto Mitocondria TEORÍA ENDOSIMBIÓTICA Célula huésped que incluirá a la célula procariota 16 El nivel celular

15 3. Núcleo El núcleo es el orgánulo que contiene el material genético en las células eucariotas, pero conviene insistir en que tanto la cromatina como los cromosomas son lo mismo, es decir ADN, pero en dos estados distintos. La cromatina se aprecia cuando la célula no se va a dividir, sin embargo, cuando va a tener lugar este proceso la cromatina empieza a condensarse para formar los cromosomas. El núcleo está separado del citoplasma por una membrana nuclear doble que no es totalmente impermeable ya que tiene que permitir el paso de sustancias en ambos sentidos. Por esta razón existen en la membrana nuclear los poros, cuyo número varía en función del tipo de célula y de la cantidad de ARN que se sintetiza a partir del ADN para la síntesis de proteínas. Citoplasma Núcleo Poros (teñidos de azul) El nivel celular 17

16 Esquema 8: El ciclo celular 1. El ciclo celular Está formado por dos etapas: interfase y mitosis. La interfase es un período de biosíntesis y de crecimiento activo de la célula. La duración de la interfase varía mucho de unas células a otras. A su vez, consta de varias fases: la G 1 puede llegar a no existir en células que crecen muy rápido como es el caso de las embrionarias, mantenerse en ella durante años o incluso no llegar a terminar nunca, como les ocurre a las neuronas y que por lo tanto al no acabar la interfase no llegan a la etapa de la división y nunca se dividen. Las fases S y G 2 suelen durar lo mismo en cualquier tipo celular. 2. La mitosis La mitosis es el mecanismo que permite que se produzca la reproducción asexual, pero también hay que tener en cuenta algo importante, y es que la descendencia es idéntica a las células progenitoras. Esto quiere decir que antes de comenzar las fases de la mitosis, el material genético debe duplicarse para que cada célula hija tenga la misma información genética. Esto ocurre antes de que empiece la profase, es decir, en la interfase. Una vez ocurrido esto ya puede comenzar la mitosis. Hay que aclarar también que la mitosis es un proceso continuo que, por motivos descriptivos, se divide en cuatro fases: profase, metafase, anafase y telofase. Existen más de 100 tipos de cáncer pero todos tienen en común que empiezan en las células. En los tejidos sanos las células crecen, se dividen y mueren de manera ordenada, existiendo un equilibrio entre las células nuevas que van creciendo y las viejas que van muriendo. Cuando aparece un cáncer este equilibrio se ve alterado. Esta alteración se puede deber a un crecimiento celular descontrolado e independiente del tejido donde comenzó o a que las células viejas pierden la capacidad natural de autodestruirse mediante apoptosis (un mecanismo de suicidio celular). La consecuencia de este crecimiento desordenado es la formación de una masa de tejido llamada tumor, el cual puede ser maligno o benigno. Generalmente, al hablar de cáncer nos referimos a los tumores malignos. En estos casos, las células cancerosas pueden invadir otros tejidos sanos e incluso entrar en los vasos sanguíneos y linfáticos para invadir otros tejidos sanos en lugares lejanos a su origen. Esto se denomina metástasis. Tumor benigno Tumor maligno Metástasis (invasión de otros tejidos a través de vasos sanguíneos o linfáticos). 18 El nivel celular

17 Esquema 9: La meiosis 1. La meiosis En los organismos eucariotas pluricelulares hay dos tipos de células según su dotación cromosómica: - Diploides: tienen 2 ejemplares de cada tipo de cromosoma (se representa 2n, donde n es el número de tipos distintos de cromosomas de la célula); es el caso de las células somáticas. - Haploides: tienen 1 ejemplar de cada tipo de cromosomas (se representa n), es el caso de las células reproductoras. Para empezar hay que dejar claro que, a diferencia de la mitosis, en este proceso se obtienen cuatro células haploides a partir de una célula diploide. Esto ha de ser así ya que los gametos son las únicas células de nuestro organismo que son haploides. Por lo tanto debe haber un mecanismo que reduzca a la mitad el número de cromosomas de las células que van a originar los gametos, este mecanismo es la meiosis. De esta manera se evita que el número de cromosomas de una especie se vaya duplicando de generación en generación. Las células normales del cuerpo de plantas y animales las somáticas tienen sus cromosomas formando parejas, cada uno de los cromosomas de la pareja se llama cromosoma homólogo (los 46 cromosomas de la especie humana forman 23 parejas). El óvulo y el espermatozoide tienen, cada uno, uno solo de los cromosomas homólogos, de manera que el cigoto formado tras la fecundación tendrá un juego cromosómico formado por parejas de cromosomas, uno procedente del óvulo y el otro del espermatozoide. Hay dos aspectos de la meiosis que le confieren a este proceso una gran importancia desde el punto de vista biológico: - Por un lado, la ya mencionada reducción del número de cromosomas permite que los gametos sean las únicas células haploides y, así, se pueda mantener constante el número de cromosomas de una especie. - Por otro lado, la variabilidad genética, la cual se debe, en parte, a la separación al azar de los cromosomas. Es decir, los representantes de cada pareja de cromosomas se distribuyen al azar en los gametos. El intercambio de material genético que tiene lugar durante la profase I permite que el número de gametos que se pueden formar sea grandísimo (mayor, cuanto mayor es el número de cromosomas que contiene la especie). Para entender mejor esto veamos un ejemplo simplificado. Supongamos una especie con 4 cromosomas, 2 parejas de cromosomas homólogos. Pareja A: formada por los cromosomas 1 y 1. Pareja B: formada por los cromosomas 2 y 2. Los gametos que se forman tienen que tener un cromosoma de cada pareja (1 o 1 de la A y 2 o 2 de la B). Este agrupamiento de cromosomas en los gametos hemos dicho que es al azar, por lo que se pueden formar cuatro tipos de gametos con la misma probabilidad cada uno (1 2, 1 2, 1 2, y 1 2 ). El nivel celular 19

18 MEIOSIS En la especie humana hay 23 parejas de cromosomas homólogos, por lo que el número de gametos diferentes que se pueden formar es de más de seis millones. Sobre esta gran variabilidad genética actúa la selección natural, permitiendo así la evolución al haber más posibilidades de que ciertos individuos genéticamente diferentes se adapten al medio y a un posible cambio en las condiciones ambientales. 20 El nivel celular

19 Tema 3 Histología Esquema 10: Los tejidos animales I 1. Nivel de organización celular Cuando tratábamos el esquema 1 vimos que había diferentes niveles de organización de la materia viva; en esta ocasión nos vamos a centrar en los niveles de organización celular, es decir, tejidos, órganos, aparatos y sistemas. A lo largo de la evolución, los seres vivos han ido alcanzando diferentes grados de complejidad como consecuencia de una especialización y de una división del trabajo. De esta forma, para realizar una función determinada, varios tejidos se pueden asociar formando estructuras que se denominan órganos. Además, normalmente es uno de los tejidos del órgano el que realiza el trabajo principal y los otros tejidos realizan funciones complementarias. Por ejemplo, el corazón consta de tejido muscular, conjuntivo, epitelial y adiposo pero la principal función la contracción y relajación la realiza el tejido muscular. El siguiente nivel es el de aparato, que es un grupo de órganos que actúan de forma coordinada para llevar a cabo una función superior. Por ejemplo, el aparato digestivo está constituido por órganos tan diferentes como los que forman parte del tubo digestivo (boca, esófago, estómago e intestino) y una serie de glándulas anejas (salivales, hígado y páncreas). Sin embargo, todos actúan coordinadamente en una función superior que es la nutrición. El último nivel de organización es el de sistema. En este caso los órganos que lo forman son similares pero desempeñan funciones diferentes. Por ejemplo, el sistema nervioso está formado por, entre otros, el encéfalo, la médula espinal y los nervios y la función de este sistema es la de captar la información procedente de estímulos tanto internos como externos, interpretarla y elaborar una respuesta. 2. Tejidos epiteliales Si bien los animales son seres vivos complejos y variados, solo existen cuatro tipos fundamentales de tejidos si atendemos a su función: epitelial, conectivo, muscular y nervioso. Existen dos tipos de tejido epitelial: los de revestimiento y los glandulares Epitelios de revestimiento Se pueden encontrar recubriendo la piel, en el esófago, la mucosa bucal, la vagina, tapizando el interior del corazón y vasos sanguíneos, el estómago, el intestino, etc. Algunas veces las células epiteliales poseen cilios o flagelos que tienen la función de filtrar diferentes partículas, como ocurre en la mayor parte del aparato respiratorio. El nivel celular 21

20 Cilios del tejido traqueal. También puede darse el caso de tejidos que presentan muchos repliegues en su membrana externa para aumentar la superficie y llevar a cabo su función con más eficacia, como es el caso de las células intestinales que realizan la absorción de los nutrientes. Microvellosidades intestinales 2.2. Epitelios glandulares Existen dos tipos de glándulas, las exocrinas y las endocrinas. La principal diferencia entre ellas está en el lugar donde vierten las sustancias que sintetizan: si lo hacen a un conducto se denominan exocrinas, si lo hacen directamente a un vaso sanguíneo se llaman endocrinas. 22 El nivel celular

21 Células del páncreas con función endocrina (dentro de los óvalos azules). Cilios de la célula epitelial de revestimiento (lila) Mucus secretado al conducto excretor (verde) Célula epitelial de revestimiento (azul) Célula glandular exocrina del epitelio nasal (rojo) El nivel celular 23

22 Esquema 11: Los tejidos animales II 1. Tejidos conectivos Existen cuatro tipos de tejidos conectivos: conjuntivo, adiposo, cartilaginoso y óseo. Sin embargo, todos tienen en común tres elementos: sus células, diferentes en cada caso (fibroblastos, adipocitos, condrocitos y osteocitos); las fibras, de las cuales hay de tres tipos; y la sustancia intercelular, cuya función es ocupar los espacios entre las células y las fibras. En general, a través de este tejido llegan los vasos sanguíneos y los nervios a otros tipos de tejidos que carecen de ellos, como es el tejido epitelial. Sustancia o matriz intercelular del tejido conectivo. Fibras de colágeno Tejido conjuntivo Este tejido, además de sus células propias llamadas fibroblastos, presenta macrófagos, que tienen la función de fagocitar distintas sustancias extrañas. La fagocitosis consiste en rodear con la membrana plasmática partículas sólidas para introducirlas en el interior de la célula. Macrófago (rosa) fagocitando bacterias (amarillo). 24 El nivel celular

23 1.2. Tejido adiposo Sus células se llaman adipocitos y tienen la capacidad de almacenar grasas. Comúnmente se conoce como celulitis al acúmulo de grasas en ciertas zonas del cuerpo y no se considera una enfermedad. Se produce por una alteración en la circulación de la grasa subcutánea que provoca que el tejido graso aumente y se formen pequeños hoyos en la piel. El mejor tratamiento contra la celulitis está basado en una dieta equilibrada y la realización de ejercicio físico. Adipocitos 1.3. Tejido cartilaginoso Este tejido, a pesar de ser conectivo, no posee vasos sanguíneos, linfáticos ni nervios y es de consistencia rígida aunque flexible ya que su función es la de proporcionar resistencia y flexibilidad Tejido óseo El tejido óseo presenta a su vez dos tipos: el esponjoso y el compacto. El esponjoso contiene muchos espacios que están rellenos de médula ósea roja. Tejido óseo esponjoso. El compacto tiene una estructura característica. Está formado por una serie de anillos concéntricos llamados sistemas de Havers, con un conducto central denominado conducto de Havers por donde circulan vasos sanguíneos y nervios. Entre estos anillos concéntricos existen unas cavidades llamadas lagunas óseas que se comunican mediante pequeños conductos denominados conductos calcóforos. El nivel celular 25

24 Sistema de Havers Conducto de Havers Laguna ósea Conductos calcóforos Laguna ósea Osteocito Hueso compacto 26 El nivel celular

25 Esquema 12: Los tejidos animales III 1. Tejido muscular 1.1. Tejido muscular esquelético El aspecto de este tipo de tejido se debe a que en su citoplasma se aprecian muchas miofibrillas que forman unidades llamadas sarcómeros. Dichos sarcómeros presentan unas bandas claras y oscuras de forma alternada, dándole ese aspecto estriado. Estas bandas se deben a su vez a la presencia de dos proteínas, que son las encargadas de la contracción relajación del músculo: la miosina (bandas oscuras) y la actina (bandas claras). RELAJACIÓN Sarcómero Filamentos de actina Filamentos de miosina CONTRACCIÓN 2. Tejido nervioso Este es el tejido más complejo, estando repartido por todo el organismo formando el sistema nervioso. La unidad estructural del sistema nervioso es la neurona, siendo el español Santiago Ramón y Cajal quien demostró que no estaban unidas físicamente unas a otras por sus membranas sino que existe un espacio entre ellas llamado hendidura sináptica. En cuanto a las células gliales, su tamaño es mucho menor que el de las neuronas pero se presentan en mayor cantidad. Hay varios tipos de células gliales con diferente función, siendo las más destacadas las células de Schwann que se enrollan sobre el axón de las neuronas y fabrican El nivel celular 27

26 una sustancia llamada mielina que facilita la conducción del impulso nervioso. También destacan los astrocitos, células con muchas ramificaciones que permiten a las neuronas comunicarse con los vasos sanguíneos. Astrocito 28 El nivel celular

27 Esquema 13: Los tejidos vegetales I 1. Niveles de organización vegetal Seguimos hablando de los seres vivos pluricelulares pero en esta ocasión nos centraremos en los vegetales. En el nivel más complejo, el cormofítico, los tejidos vegetales se agrupan para formar órganos, lo cual ha permitido una adaptación a multitud de ambientes terrestres a los vegetales con este tipo de organización. Los órganos que presentan las cormofitas son: - Hojas: normalmente son planas y es el lugar donde se realiza el proceso de la fotosíntesis, mediante el cual obtienen sustancias orgánicas partiendo de energía solar, CO 2 y sales minerales disueltas en el agua. Este proceso conlleva el intercambio de gases entre la planta y el exterior. - Tallo: sobre el se desarrollan las hojas y por el se produce el transporte de las sustancias absorbidas en la raíz y las elaboradas en las hojas. - Raíz: es la parte de la planta que tiene la función de fijarla al suelo y de absorber el agua con sales minerales disueltas presente el en suelo. En ciertas plantas la raíz también desempeña la función de almacén de sustancias de reserva (tubérculos o bulbos). Los tejidos vegetales se dividen en: embrionarios, parenquimático, protector, de sostén, secretores y conductor. 2. Tejido embrionario o meristemático Dentro del tejido meristemático o embrionario hay dos tipos: el primario y el secundario. Como se ha dicho, el primero se encarga del crecimiento del vegetal en longitud y el segundo del crecimiento en grosor. A su vez, el secundario tiene dos tipos: el cámbium y el felógeno: el cámbium origina el tejido conductor (xilema y floema) y el felógeno origina el corcho o súber. Si hacemos un corte en un vegetal que ya haya experimentado crecimiento secundario o en grosor podremos apreciar las diferentes capas. - 1: se denomina duramen y es la columna central de soporte del árbol adulto, formado por células muertas. - 2: xilema, tejido conductor por donde circula la savia bruta absorbida en la raíz. - 3: cámbium - 4: floema, tejido conductor por donde circula la savia elaborada desde las hojas. - 5: súber o corcho El nivel celular 29

28 Esquema 14: Los tejidos vegetales II 1. Tejido protector A su vez hay dos tipos: epidérmico y suberoso. En el epidérmico destacan unas estructuras, los estomas, que permiten el intercambio de gases con el exterior durante la fotosíntesis y la respiración y también la evaporación de agua por transpiración. Los estomas constan de: - Ostiolo: es el orificio por donde entran y salen los gases, concretamente el CO 2 y el O 2 y el agua en forma de vapor. - Células oclusivas: son dos células con forma de riñón que delimitan el ostiolo. A diferencia del resto de las células epidérmicas, estas sí contienen cloroplastos. - Cámara subestomática: es un espacio libre de células que facilita la difusión de los gases. Cámara subestomática Epidermis Ostiolo Células oclusivas 30 El nivel celular

29 Los estomas se localizan en la epidermis de todas las partes superficiales del vegetal, siendo más numerosos en la zona inferior de las hojas (envés), ya que al incidir de forma menos directa los rayos solares, la temperatura es más baja y es más difícil que el polvo del aire se deposite y los obstruya. El suberoso es un tejido impermeable al agua y a los gases, por lo que las plantas que lo presentan deben tener algún tipo de estructura que les permita el intercambio gaseoso con el exterior. Estas estructuras en forma de grietas son las lenticelas, donde unas células intercaladas conectan los tejidos internos con el exterior. Las lenticelas están presentes en los troncos de muchos vegetales pero también se pueden encontrar en algunas frutas, como en ciertas variedades de manzanas, peras, papas Lenticela El nivel celular 31

30 Esquema 15: Los tejidos vegetales III 1. Tejido de sostén De los dos tipos existentes colénquima y esclerénquima mencionar que en el segundo, sus células muertas pueden ser largas y finas, como es el caso del cáñamo y el lino que se usan para obtener fibras textiles. En otros casos pueden ser redondeadas, como las que se encuentran en la cáscara de la nuez y la almendra o en el hueso de frutos como los melocotones, las cerezas, etc. 2. Tejidos secretores En los tubos laticíferos se vierte una sustancia denominada látex. Parece ser que este puede desempeñar varias funciones en el vegetal: impedir la entrada de microorganismos en la planta y favorecer el proceso de cicatrización cuando presentan heridas (el látex al contactar con el aire coagula), mecanismo de defensa ante herbívoros, ya que el látex de determinadas plantas es tóxico (como es el caso del cardón) y por último actuar como un método de excreción. La mayor parte del látex se utiliza comercialmente para obtener caucho. Los conductos resiníferos vierten al exterior resina producida por ciertas células, la cual se obtiene sangrando los árboles. Este producto es tratado químicamente obteniéndose, entre otras sustancias, trementina, la cual se utiliza en la fabricación de barnices y disolventes. Otra resina es el incienso. Las bolsas lisígenas son cavidades donde se acumulan ciertas sustancias con la función de proporcionar aromas a las partes de la planta que las poseen con la finalidad de atraer a los insectos. Los cítricos suelen poseer en la parte más externa del fruto (exocarpo) dichas cavidades, observables a simple vista. Bolsas lísígenas en la piel del fruto de un cítrico. 32 El nivel celular También están presentes, por ejemplo, en las flores del árbol del clavo, que una vez secas se utilizan como especia.

31 3. Tejido conductor En los vegetales leñosos el xilema viejo deja de intervenir en el transporte y pasa a ser un tejido de sostén del vegetal en crecimiento que no es otra cosa que la madera. Los anillos de crecimiento que se aprecian en árboles de crecimiento anual no son todos iguales, los hay más o menos anchos y más o menos oscuros/claros. La razón es que hay muchos factores que influyen en el crecimiento del árbol y por lo tanto en las características de sus anillos (nutrientes, agua disponible, estado de salud del árbol, presencia de plagas, incendios, temperatura ). El nivel celular 33