Biología y Geología 1º Bachillerato

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1 UNIDAD 15: REGULACIÓN Y COORDINACIÓN EN LOS ANIMALES 1/ Los sistemas de coordinación Comparación de los tipos de sistemas: tabla página 329. Modelo de regulación común a ambos: Estímulo Receptor vía sensorial Modulador vía motora Efector Respuesta 2/ El sistema nervioso: regulación y coordinación El sistema nervioso es el conjunto de órganos encargados de recibir, integrar y transmitir las informaciones procedentes del exterior y del medio interno, así como coordinar y controlar las respuestas del organismo a esas informaciones. Estructuras que intervienen en la regulación y coordinación nerviosa de los vertebrados: actividad 4 de la página / Transmisión del impulso nervioso -Se debe a cambios eléctricos y químicos en la membrana plasmática que separa a la célula nerviosa de su medio extracelular / Dentro de una neurona a) Conceptos previos -Potencial de reposo (ver animación) Diferencia de potencial que posee la membrana de la neurona cuando no está transmitiendo un impulso nervioso (-70 mv) Se debe a la desigual distribución de iones en el exterior e interior: en el exterior la [Na + ] es alta y la [K + ] es relativamente baja comparada con sus concentraciones intracelulares. Esto, junto con los grandes aniones proteicos que quedan retenidos en el interior de la célula, hace que la membrana esté polarizada, predominando las cargas negativas en el interior. -Umbral de excitabilidad Intensidad mínima que debe tener el estímulo para iniciar un impulso nervioso (para crear un potencial de acción) -Potencial de acción (ver animación) Variación brusca de la diferencia de potencial de la membrana (de -70 mv a +30 mv) debido al desplazamiento de los iones (despolarización) -Despolarización Proceso de inversión de la polaridad de la membrana por el desplazamiento de los iones. -Repolarización Proceso de recuperación del potencial de reposo inicial. -Período refractario Intervalo de tiempo (0,5-2 ms), que transcurre tras un impulso nervioso, y en el que la neurona no puede iniciar otro impulso nervioso (es lo que tarda la neurona en recuperar la polaridad) 1

2 b) Proceso -Membrana en reposo, pero polarizada (potencial de reposo: -70 mv). Exterior Membrana Interior Indica en la membrana en qué lado predominan las cargas positivas (+++), las cargas negativas (---), donde habrá más sodio (Na + ) y más potasio (K + ) Los canales de sodio están Los canales de potasio están -Llegada de un estímulo (que alcance el umbral de excitabilidad) apertura de los canales de Na + entrada de Na + (a favor de gradiente de concentración y de gradiente eléctrico) despolarización (que provoca un potencial de acción de +30 mv en 1,5 ms). Exterior Membrana Interior -Transmisión del impulso nervioso: la despolarización se transmite a las zonas adyacentes propagándose a lo largo de toda la neurona. Si la neurona está mielinizada (ver figura 9.34 de la página 225) la despolarización se transmite de nódulo de Ranvier a nódulo de Ranvier a saltos, con lo que la transmisión es más rápida (120 m/s frente a 0,5 m/s). Exterior Membrana Interior -Restauración de las condiciones de reposo: -Apertura de los canales de K + salida de iones K + repolarización (-70 mv). Exterior Membrana Interior -Recuperación de la distribución de cargas inicial mediante la bomba Na + -K + que extrae Na + e introduce K + consumiendo energía (ATP). Exterior Membrana Interior 2

3 2-1-2/ De neurona a neurona: sinapsis a) Conceptos previos -Sinapsis Zona de comunicación funcional entre dos neuronas debido a que entre ellas no hay contacto físico. Esta formada por: -Zona presináptica: Axón de la neurona por la que llega la información (impulso nervioso) -Zona postsináptica: Dendrita de la neurona a la que se envía la información. -Hendidura sináptica: Espacio que separa ambas zonas. -Neurotransmisores: Sustancias químicas contenidas en las vesículas sinápticas de los axones presinápticos y que activan o inhiben el impulso nervioso. b) Proceso (ver animación) -El impulso nervioso (potencial de acción) llega a la zona presináptica originando una despolarización que provoca la entrada de calcio. -Las vesículas sinápticas vierten los neurotransmisores a la hendidura sináptica. -Los neurotransmisores llegan a la membrana de la zona postsináptica y se unen a receptores específicos. -Si el neurotransmisor es activador, provoca un potencial de acción en la zona postsináptica y, de esta manera, un impulso nervioso. -Si el neurotransmisor es inhibidor, provocan la hiperpolarización de la zona postsináptica, lo que dificulta la despolarización y, por tanto, la creación y transmisión del impulso nervioso. -El neurotransmisor es eliminado por la acción de enzimas producidas por la neurona postsináptica o es recapturado por los axones presinápticos. 3/ Sistema nervioso de los invertebrados -A medida que se avanza en la escala evolutiva se aprecian un aumento de la complejidad que se manifiesta en: -Las corrientes nerviosas se transmiten a través de circuitos unidireccionales. -Aumenta el diámetro de las fibras nerviosas y con ello la velocidad de conducción. -Aumenta el número de células nerviosas, que se concentran formando ganglios. -Se produce la cefalización por la concentración de neuronas en el extremo anterior del cuerpo (cabeza) y el sistema nervioso se sitúa en posición ventral. -Los sistemas nerviosos de los invertebrados se pueden agrupar en cuatro modelos: -Redes nerviosas: -Propio de celentéreos. -Las neuronas forman una red difusa, sin órganos de control ni vías nerviosas definidas. Los impulsos nerviosos se transmiten en todas direcciones. 3

4 -Sistema nervioso anular: -Propio de equinodermos (simetría radial) -Poseen un anillo periesofágico del que parten cordones nerviosos radiales. -Sistema nervioso cordal: -Propio de platelmintos. -Poseen una región cefálica con ganglios cerebrales de los que salen un par de cordones nerviosos que se extienden por la zona ventral (primitivo SNC) y se ramifica lateralmente (primitivo SNP). -Sistema nervioso ganglionar (escaleriforme): -Propio de anélidos, artrópodos y moluscos. -Poseen: -Región cefálica con ganglios cerebrales. -Collar periesofágico. -Cordones nerviosos ventrales. -Un par de ganglios por segmento que se unen transversalmente. -Nervios sensoriales y motores que se extienden por el organismo. 4/ Sistema nervioso en vertebrados 4-1/ Sistema nervioso central (S.N.C.) 4-1-1/ Envolturas óseas -Cráneo -Protege el encéfalo. -Formado por 6 huesos: Frontal, parietal (2), temporal (2), occipital. -Columna vertebral -Protege la médula espinal. -Formada por las vértebras / Envolturas membranosas (meninges) Del exterior al interior: -Duramadre. -Aracnoides. -Espacio subaracnoideo: con líquido cefalorraquídeo (amortiguador e intercambio de nutrientes y desechos con la sangre). -Piamadre / Encéfalo a) Cerebro -Con dos hemisferios cerebrales (con circunvoluciones y cisuras en los humanos) conectados por fibras (cuerpo calloso). -Con sustancia gris (corteza cerebral) situada en la parte externa y formada por cuerpos neuronales. -Con sustancia blanca situada en la parte interna y formada por prolongaciones neuronales (axones cubiertos de mielina). 4

5 5 Biología y Geología 1º Bachillerato -Funciones: -Centro de información sensorial (donde las sensaciones se hacen conscientes). -Control de movimientos voluntarios. -Centro de las funciones superiores: memoria, inteligencia y voluntad. -También posee: -Tálamo: Procesa la información sensitiva (centro de interpretación de muchos estímulos sensitivos antes de su llegada al cerebro). -Hipotálamo: Regula funciones internas (temperatura, hambre, sed, equilibrio hídrico, sueño, impulsos sexuales ). -Hipófisis: Regula glándulas endocrinas. b) Cerebelo -Coordinador del tono muscular y de movimientos aprendidos y voluntarios y de la postura y del equilibrio (coordinación muscular). c) Bulbo raquídeo -Función conductora (prolongación de la médula) hacia y desde los centros superiores. -Controla actividades automáticas de las vísceras (latido, ritmo respiratorio, contracción y dilatación de vasos sanguíneos, reflejos de la tos, deglución y vómito ) / Médula espinal Parte menos especializada del S.N.C. a) Estructura -Se extiende desde la base del encéfalo hasta la 2ª vértebra lumbar. -Epéndimo: cavidad central muy estrecha por la que circula líquido cefalorraquídeo. -Sustancia gris (cuerpos neuronales) en el interior (forma de alas de mariposa). -Sustancia blanca (axones) en el exterior formando haces longitudinales; -Ascendentes (sensitivos). -Descendentes (motores). -Astas (alas de mariposa) -Anteriores o ventrales: salida de fibras motoras. -Posteriores o dorsales: entrada de fibras sensitivas de receptores sensoriales (sus cuerpos neuronales forman los ganglios de la raíz dorsal ganglios raquídeos antes de penetrar en la médula). -Las fibras sensitivas y motoras se unen para formar los nervios raquídeos o espinales (mixtos, 31 pares en el ser humano). b) Funciones -Transmite los impulsos hacia y desde los centros superiores (función conductora debida a la sustancia blanca). -Controla la actividad refleja que no precisa de las órdenes de otros centros superiores (función refleja debida a la sustancia gris).

6 4-2/ Sistema nervioso periférico (S.N.P.) -Conecta los receptores (mediante vías aferentes formadas por neuronas sensitivas) y los efectores (mediante vías eferentes formadas por neuronas motoras) con los centros nerviosos (S.N.C.). -Se divide en: 4-2-1/ Sistema nervioso somático -Sus neuronas motoras inervan los músculos esqueléticos (de control voluntario). -Formado por: a) Nervios craneales: -Entran y salen del encéfalo. -Son sensitivos, motores o mixtos. -Inervan: cabeza, parte superior del tronco y algunos órganos internos. -Algunos están relacionados con el sistema nervioso autónomo (SNA). b) Nervios raquídeos o espinales: -Entran y salen de la médula. -Son mixtos (excepto en peces). -Intervienen en actos reflejos (actos involuntarios). -Los cuerpos celulares de las neuronas motoras forman grupos en el encéfalo y la médula (sustancia gris). Los largos axones mielínicos llegan hasta los músculos esqueléticos (control voluntario) / Sistema nerviosos autónomo (SNA o sistema nervioso visceral o de la vida vegetativa) -Regula las actividades que se realizan de forma totalmente involuntaria, sin dominio sobre ellas del cerebro. -Formado por: -Receptores. -Fibras sensitivas. -Centros nerviosos situados en el SNC (hipotálamo, bulbo raquídeo, médula). -Fibras motoras. -Efectores (glándulas, músculo liso, músculo cardiaco). -Las fibras motoras llamadas preganglionares salen del SNC y antes de llegar al órgano efector contactan, en un ganglio del SNA y mediante sinapsis, con otras neuronas motoras llamadas posganglionares. La fibra preganglionar suele ser mielínica y la posganglionar, amielínica. -Se divide en: a) Sistema nervioso simpático. b) Sistema nervioso parasimpático. 6

7 -Estos sistemas inervan a los mismos órganos y actúan de manera antagónica siendo sus diferencias las siguientes: Salida del SNC Fibras preganglionares Fibras posganglionares Localización de la sinapsis Efectos generales Simpático Porción media de la médula espinal (sistema toraco-lumbar) Cortas Largas En los ganglios próximos a la médula, formando cadenas ganglionares Prepara al organismo para la acción en estados de urgencia (lucha, estrés ) aumentando la presión sanguínea, los latidos, consumiendo energía Parasimpático Regiones craneal y sacra de la médula espinal (sistema cráneosacro) Largas Cortas En ganglios dispersos en los órganos inervados o cerca de ellos Actúa en situaciones de calma, reposo: disminución de la presión sanguínea, de los latidos, acumulando energía 4-3/ Integración nerviosa -Es la coordinación de los miles de mensajes procedentes de los receptores que se procesan en los distintos centros nerviosos del SNC para lograr que la información se unifique y la respuesta sea suave y uniforme. -Dependiendo de si esta respuesta está controlada o no por la voluntad, se diferencian dos tipos de actos: a) Involuntarios o reflejos: -Los elementos que intervienen forman el arco reflejo: receptor, neurona sensitiva, neurona de asociación, neurona motora, órgano efector. -También hay conexión con el SNC, que utiliza toda la información para efectuar los controles necesarios y coordinar. -Los actos reflejos pueden ser: -Innatos: -Son congénitos, involuntarios y automáticos. -Sólo interviene la médula. -Suelen ser de protección. -Adquiridos o condicionados: -Requieren un aprendizaje previo. -Interviene la corteza cerebral. b) Voluntarios: -Son conscientes y controlados voluntariamente. -Interviene la médula y el encéfalo (corteza cerebral) 7

8 EJERCICIOS 1. Dónde se localizan y qué función realizan las interneuronas o neuronas de asociación? Por qué razón se denominan de asociación? 2. Todos los actos voluntarios tienen su origen en la percepción de un estímulo? Razona la respuesta y pon algún ejemplo de acto voluntario que no tenga su origen en la percepción de un estímulo. 3. Por qué razón las fibras amielínicas conducen el impulso nervioso más despacio que las mielínicas? 4. Señala en la figura las siguientes partes: cerebro, cuerpo calloso, corteza cerebral, tálamo, hipotálamo, cerebelo, bulbo raquídeo, médula espinal. Del libro de texto: Página 342: ejercicio 13. Página 354: ejercicios 1, 6, 14 y 15. 8

9 7. EL SISTEMA HORMONAL: REGULACIÓN Y COORDINACIÓN CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LAS HORMONAS Biología y Geología 1º Bachillerato -Compuestos orgánicos químicamente variados (proteínas, lípidos, derivados de aminoácidos) -Producidas por: Glándulas endocrinas: Hormonas Neuronas: Neurohormonas -Transportadas por la sangre. -Ejercen su acción en células u órganos concretos (que se llaman blanco o diana) a los que se unen por receptores específicos. -Actúan en pequeñas cantidades. -Se degradan rápidamente, por lo que hay que sintetizarlas continuamente. -Para evitar el exceso (hiperfunción) o el defecto (hipofunción), su cantidad se regula, generalmente, mediante retroalimentación. -Intervienen en funciones que requieren una acción lenta y continuada HORMONAS DE LOS INVERTEBRADOS La mayoría son neurohormonas. CONTROL HORMONAL DEL DESARROLLO DE LOS INSECTOS Segrega (neurohormona) Llega a (la almacena hasta que se activa y la libera) Segrega Llega a Segrega Efecto Crecimiento de la larva (mudas) (ecdisona) Efecto Crecimiento de la larva (mudas) y promueve la metamorfosis Crecimiento (muda) Metamorfosis Larva Larva mayor Pupa Adulto H. juvenil H. de la muda [H. juvenil] H. de la muda 9 [H. juvenil] = 0 H. de la muda

10 7.2. HORMONAS DE LOS VERTEBRADOS CARACTERÍSTICAS GENERALES -Se transportan en por la sangre unidas a proteínas transportadoras. -En las células blanco u órganos diana ejercen su acción de diferente forma según el tipo de hormona: -Hormonas esteroides (son lipófilas y de pequeño tamaño): -Atraviesan la membrana celular. -Se unen a moléculas receptoras del citoplasma. -Así unidas llegan hasta el núcleo, donde pueden activar o inhibir genes. -Hormonas proteicas (son de mayor tamaño): -Se unen a moléculas receptoras de la membrana. -Esta unión hace que una molécula del citoplasma, el adenosín monofosfato (AMP) se convierta en adenosín monofosfato cíclico (AMP C ). -Este AMP C actúa de segundo mensajero y activa enzimas. -Estas enzimas alteran el funcionamiento de la célula (cambia la permeabilidad de la membrana, la síntesis de proteínas, la actividad de otras enzimas ) SISTEMA ENDOCRINO Es el conjunto de todas las glándulas de secreción interna. Las principales son: hipófisis, páncreas, gónadas, tiroides, paratiroides y suprarrenales REGULACIÓN DEL SISTEMA ENDOCRINO: EJE HIPOTÁLAMO HIPÓFISIS Ver figuras y esquemas de los márgenes de las páginas 349 y 350. COMPONENTES DEL EJE HIPOTÁLAMO HIPÓFISIS -Hipófisis: -Glándula situada en la base del cerebro y de 1 cm de diámetro. -Partes: -Lóbulo anterior (adenohipófisis). -Lóbulo posterior (neurohipófisis). -Lóbulo intermedio (en algunos vertebrados). -Pedúnculo: -Une la hipófisis con el hipotálamo. -Hipotálamo: -Produce: -Neurosecreciones (son factores liberadores RF) -Se vierten a la sangre, y a través del pedúnculo llega al lóbulo anterior de la hipófisis (adenohipófisis) donde activa la producción y liberación de hormonas. -Neurohormonas (son la oxitocina y la hormona antidiurética ADH) -Llegan a través de las propias neuronas hasta el lóbulo posterior de la hipófisis (neurohipófisis) donde se almacenan hasta que son liberadas a la sangre. 10

11 MECANISMO DE ACCIÓN Y REGULACIÓN. 1/ El sistema nervioso, a través de los receptores, capta: Estímulos externos que, por vía nerviosa, llegan a los centros nerviosos y de estos al hipotálamo. Estímulos internos que, por vía nerviosa, llegan al hipotálamo. 2/ Las neuronas del hipotálamo producen factores liberadores (RF) que son neurosecreciones que llegan por vía sanguínea a la adenohipófisis. 3/ La adenohipófisis produce las hormonas correspondientes a cada factor liberador (RF) Si estas hormonas son de las llamadas trópicas, actuarán sobre otras glándulas para que produzcan otras hormonas. 4/ A partir de una cierta concentración, estas hormonas, y mediante un proceso de retroalimentación, pueden inhibir la producción de RF en el hipotálamo y de hormona trópica en la adenohipófisis. Ejercicios página 355: 21 y 22 25/ Escribe el nombre de cada glándula. Después recuadra en rojo las que son estimuladas por hormonas trópicas, y en azul, las que no lo son. 11

12 Nº GLÁNDULA HORMONA TEJIDO / ÓRGANO DIANA 1 Epífisis (glándula pineal) Melatonina Gónadas / Células pigmentarias 2 Hipófisis 3 Tiroides Lóbulo anterior. Adenohipófisis Lóbulo intermedio Lóbulo posterior. Neurohipófisis TSH (Hormona estimulante del tiroides. Tirotropina) ACTH (Adrenocorticotropina) FSH (Hormona estimulante del folículo) LH (Hormona luteizante. Luteotropina) STH (Somatotropina. Hormona del crecimiento) PRL (Prolactina) MSH (Hormona estimulante de los melanocitos) Oxitocina ADH (Hormona antidiurética. Vasopresina) Tiroxina Calcitonina Tiroides Corteza suprarrenal Gónadas Gónadas General Glándulas mamarias Células pigmentarias Útero / Glándulas mamarias Riñones (conductos colectores) General Huesos 4 Paratiroides Parathormona Huesos / Riñones / Ap. digestivo 5 Páncreas 6 Cápsulas suprarrenale s 7 Ovarios Corteza Médula Insulina Glucagón Aldosterona (mineralocorticoide) Cortisona (cortisol) (glucocorticoide) Androgenocorticoides (estrógenos, testosterona ) Adrenalina (epinefrina) Noradrenalina (norepinefrina) Estrógenos Progesterona 8 Testículos Andrógenos (testosterona) General Hígado / Tejido adiposo Túbulos renales General General / Estructuras reproductoras Músculos / Músculo cardiaco / Vasos sanguíneos / Hígado / Tejido adiposo General / Útero Útero / Glándulas mamarias General / Estructuras reproductoras 12