TEMA 1: BASE QUÍMICA Y ORGANIZACIÓN BÁSICA DEL CUERPO HUMANO

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1 TEMA 1: BASE QUÍMICA Y ORGANIZACIÓN BÁSICA DEL CUERPO HUMANO ÍNDICE 1.- BASE QUÍMICA DE LA VIDA 2.- NIVELES DE ORGANIZACIÓN CELULAR 3.- LAS CÉLULAS 4.- TEJIDOS 5.- ÓRGANOS Y APARATOS DEL CUERPO HUMANO 1

2 1.- BASE QUÍMICA DE LA VIDA Los seres humanos, igual que todos los seres vivos, estamos constituidos por elementos químicos presentes en la materia inerte, como oxígeno, carbono, hidrógeno, fósforo y nitrógeno. Esto elementos se combinan dando lugar a compuestos químicos. Los compuestos pueden ser inorgánicos Y orgánicos. A) COMPUESTOS INORGÁNICOS El compuesto más abundante en los seres vivos es el agua, necesaria para multitud de procesos. De hecho, cuanto más activo es un tejido u órgano más agua tiene. Otros compuestos sencillos en los seres vivos son las sales minerales que pueden presentarse disueltas en agua en forma de iones o precipitadas formando minerales en esqueletos. B) COMPUESTOS ORGÁNICOS Están basados en cadenas de carbonos. Son las proteínas, glúcidos, lípidos, vitaminas y ácidos nucleicos. GLÚCIDOS Los glúcidos son biomoléculas orgánicas. Están formados por carbono, hidrógeno y oxígeno, aunque además, en algunos compuestos también podemos encontrar nitrógeno y fósforo. Reciben también el nombre de azúcares, carbohidratos o hidratos de carbono. La importancia biológica principal de este tipo de moléculas es que actúan como: reserva de energía o pueden conferir estructura, tanto a nivel molecular (forman nucleótidos), como a nivel celular (pared vegetal) o tisular (tejidos vegetales de sostén, con celulosa). Dependiendo de la molécula que se trate, los glúcidos pueden servir como: Combustible: los monosacáridos se pueden oxidar totalmente, obteniendo unas 4 Kcal/g. Reserva energética: el almidón y el glucógeno son polisacáridos que acumulan gran cantidad de energía en su estructura, por lo que sirven para guardar energía excedente y utilizarla en momentos de necesidad. Formadores de estructuras: la celulosa o la quitina son ejemplos de polisacáridos que otorgan estructura resistente al organismo que las posee. LÍPIDOS Los lípidos son biomoléculas orgánicas formadas por carbono, hidrógeno y oxígeno, que pueden aparecer en algunos compuestos el fósforo y el nitrógeno. Constituyen un grupo de moléculas con composición, estructura y funciones muy diversas, pero todos ellos tienen en común varias características: No se disuelven en agua, formando estructuras denominadas micelas. Se disuelven en disolventes orgánicos, tales como cloroformo, benceno, aguarrás o acetona. Son menos densos que el agua, por lo que flotan sobre ella. Son untuosos al tacto. 2

3 PROTEÍNAS Son los materiales que desempeñan un mayor número de funciones en las células de todos los seres vivos. Por un lado, forman parte de la estructura básica de los tejidos (músculos, tendones, piel, uñas, etc.) y por otro, desempeñan funciones metabólicas y reguladoras (asimilación de nutrientes, transporte de oxígeno y de grasas en la sangre, inactivación de materiales tóxicos o peligrosos, etc.). También son los elementos que definen la identidad de cada ser vivo, ya que son la base de la estructura del código genético (ADN) y de los sistemas de reconocimiento de organismos extraños en el sistema inmunitario. Son macromoléculas orgánicas, constituidas básicamente por carbono (C), hidrógeno (H), oxígeno (O) y nitrógeno (N); aunque pueden contener también azufre (S) y fósforo (P) y, en menor proporción, hierro (Fe), cobre (Cu), magnesio (Mg), yodo (I), etc. Estos elementos químicos se agrupan para formar unidades estructurales llamados aminoácidos, a los cuales podríamos considerar como los "ladrillos de los edificios moleculares proteicos". Se sabe que de los 20 aminoácidos proteicos conocidos, 8 resultan indispensables (o esenciales) para la vida humana y 2 resultan "semiindispensables". Son estos 10 aminoácidos los que requieren ser incorporados al organismo en su cotidiana alimentación y, con más razón, en los momentos en que el organismo más los necesita: en la disfunción o enfermedad. Los aminoácidos esenciales más problemáticos son el triptófano, la lisina y la metionina. Es típica su carencia en poblaciones en las que los cereales o los tubérculos constituyen la base de la alimentación. El déficit de aminoácidos esenciales afectan mucho más a los niños que a los adultos. ÁCIDOS NUCLEICOS Son polímeros de nucleótidos, muy variables en tamaño; de decenas a muchos millones. Están relacionados con la información genética. Hay de dos tipos: ADN: Se trata de una doble cadena de nucleótidos que alberga la información genética. Forma los cromosomas (ADN unido a proteínas). ARN: Cadena sencillas que transmite la información del ADN a las células. Hay varios tipos: ARNm, ARNt, ARNr... Los nucleótidos aislados, especialmente el ATP son los responsables del traspaso de energía en las células. 2.- NIVELES DE ORGANIZACIÓN CELULAR Los niveles de organización abióticos son: Nivel subatómico, formado por las partículas constituyentes del átomo (protones, neutrones y electrones). Nivel atómico, compuesto por los átomos que son la parte más pequeña de un elemento químico. Ejemplo: el átomo de hierro o el de carbono. Nivel molecular, formado por las moléculas que son agrupaciones de dos o más átomos iguales o distintos. Dentro de este nivel se distinguen las macromoléculas, formadas por la unión de varias moléculas, los complejos supramoleculares y los orgánulos formados por la unión de complejos supramoleculares que forman una estructura celular con una función. 3

4 Los niveles de organización bióticos son: Nivel celular, que comprende las células, unidades más pequeñas de la materia viva. Nivel tejido, o conjunto de células que desempeñan una determinada función. Nivel órgano, formado por la unión de distintos tejidos que cumplen una función. Nivel aparato y sistema, constituido por un conjunto de órganos que colaboran en una misma función. Nivel individuo, organismo formado por varios aparatos o sistemas. 3.- LAS CÉLULAS Estructura. La célula es la unidad estructural, fisiológica y reproductora de todo ser vivo. 4

5 Orgánulo Composición Estructura Función Membrana plasmática Membrana simple de lípidos y proteínas Membrana cerrada Límite celular: aislamiento Recepción de estímulos Carga eléctrica celular Entrada y salida de sustancias de pequeño tamaño Citoplasma Hialoplasma Agua y solutos Líquido de viscosidad variable Medio interno Trasporte de sustancias Metabolismo de muchas sustancias Ribosomas ARN y Proteínas Orgánulos pequeños En citoplasma, RER y mitocondrias Síntesis de proteínas Retículo endoplasmático Membranas y contenido A veces con ribosomas Sacos o tubos cerrados Estructura cambiante Síntesis de proteínas de secreción Síntesis de lípidos de secreción Aislamiento de sustancias Aparato de Golgi Membranas contenido Grupo de membranas apiladas Empaquetamiento de sustancias Formación de lisosomas y vesículas de secreción Vesículas de secreción Lisosomas Membranas contenido Vesículas y contenido Digestión intracelular Vertido de sustancias al exterior Microtúbulos Proteínas Tubos huecos Trasporte de sustancias Estructura celular. Forma Formación de centriolos Formación de cilios y flagelos Microfilamentos Proteínas Fibras de distinto grosor Estructura celular Movimientos celulares Anclaje de orgánulos Mitocondrias Doble membrana Contenido Ribosomas y ADN Orgánulos grandes con doble membrana Respiración celular Núcleo Membrana nuclear Membrana y poros Membrana doble con poros Regulación de entrada y salida de sustancias del núcleo Cromatina cromosomas ADN, Proteínas, ARN Largos filamentos Información genética Nucleolo ARN proteínas Grumos Formación de ribosomas 5

6 3.2.- Función. a) Nutrición. Cada célula debe tomar materia y energía para realizar sus funciones vitales La entrada de sustancias a la célula se realiza a través de la membrana plasmática (A). Las moléculas y los iones importantes para la vida de la célula son transportados en solución acuosa. Como algunas sustancias traspasan la membrana con mayor facilidad que otras, se dice que es semipermeable o de permeabilidad selectiva. El transporte de sustancias a la célula puede realizarse de dos maneras, llamadas transporte pasivo y transporte activo (B). El transporte pasivo se produce sin gasto de energía, por medio de difusión o de ósmosis, y se emplea para el ingreso del agua, el oxígeno y las moléculas pequeñas. Las moléculas de agua se mueven de un lugar de alta concentración hacia el lugar donde la concentración es menor (difusión a favor de un gradiente), hasta obtener homogeneidad. El transporte se realiza de dos modos: en la difusión simple, las sustancias atraviesan la capa de fosfolípidos; en la difusión facilitada, intervienen las proteínas transportadoras, que son los canales proteicos y carriers. En el transporte activo, la entrada de sustancias se lleva a cabo gracias a un trabajo que ejecuta la propia célula, cuando el transporte de moléculas necesarias para el metabolismo se realiza en contra del gradiente de concentración, lo que requiere un gasto de energía. El pasaje activo se lleva a cabo sólo a través de proteínas transportadoras. 6

7 Cuando las moléculas son grandes y no pueden atravesar la membrana plasmática, son englobadas por un área de la membrana. Esta porción de membrana se desprende de la superficie celular y forma una vacuola que migra al interior. Este proceso se conoce como fagocitosis y ocurre cuando las sustancias son sólidas; si se trata de la entrada de líquidos, se lo denomina pinocitosis. La fagocitosis es utilizada por algunos glóbulos blancos de la sangre para englobar bacterias. La pinocitosis es característica de las células que revisten los capilares sanguíneos, que transportan de este modo proteínas y hormonas. La transformación de las sustancias Las grandes moléculas que penetran por fagocitosis o pinocitosis no pueden pasar directamente a formar parte de los componentes de la célula. Por lo tanto, previamente, son transformadas en moléculas más simples (dos a cuatro carbonos) por las enzimas digestivas de los lisosomas, llamadas hidrolasas. Una vez simplificadas, las moléculas pueden incorporarse al citoplasma; es decir, son asimiladas. De este modo, estas sustancias simples se encuentran ya en condiciones de ser utilizadas por la célula como fuente de energía en la respiración (catabolismo). O bien las utiliza 7

8 como material para construir moléculas mayores: síntesis de macromoléculas (anabolismo). Lo que la célula no utiliza lo elimina por exocitocis. Mediante el proceso de respiración (catabolismo), las células utilizan el oxígeno para liberar la energía almacenada en los alimentos. La glucosa es la principal sustancia utilizada como fuente de energía en la respiración celular. Ésta, junto con el oxígeno, se combina dentro de las mitocondrias, y se produce la oxidación (combustión lenta de las sustancias orgánicas) de moléculas orgánicas simples (glucosa, ácidos grasos y aminoácidos). El resultado es la formación de dióxido de carbono y agua, y la liberación de una parte de energía química; la porción restante queda almacenada en las mitocondrias. Esta energía puede ser utilizada en la síntesis, el transporte interno o la entrada de sustancias al citoplasma, la eliminación de desechos La energía en el interior de la célula se produce y se consume en forma de ATP. Cada célula produce sus propias moléculas de ATP. La reacción general en orgánulos productores de energía es: ADP + Pi + E --> ATP La reacción general en orgánulos y moléculas consumidoras de energía es: ATP --> ADP + Pi + E b) Relación celular Todas nuestras células tiene funciones de relación para: Enterarse del entorno en que viven. Enterarse de su situación interna. Mandar mensajes a células próximas. Diferenciarse si es necesario. Suicidarse si es necesario: Apoptosis Las células perciben los cambios del medio mediante proteínas receptoras de membrana. Reaccionan de maneras diversas: produciendo hormonas, movimientos, crecimiento, etc. No todas las células animales se comportan de la misma manera en cuanto a la información que envían a otras células Las células normales mandan mensajes químicos a células próximas Algunas células especializadas mandan mensajes generales a todo el organismo: Células endocrinas. Algunas células especializadas mandan mensajes a otras muy determinadas: Células nerviosas. Si las cantidades secretadas son grandes se utiliza el sistema de endomembranas (retículo-golgi-vesículas de secreción). 8

9 c) Reproducción celular Las células se forman siempre a partir de otras células. Tienen que repartir los orgánulos pero lo más importante es repartir la información celular. Primero hay que duplicar la información y luego llevar una copia a cada célula hija Por eso todas las células del organismo tienen la misma información La división normal de las células se llama mitosis y en ella se conserva el número de cromosomas y toda la información celular La reproducción celular sirve al organismo para: Crecer. Reparar o sustituir células dañadas o envejecidas. Reproducir al propio organismo: formación de gametos. En este caso la división es especial y se denomina meiosis. 4.- TEJIDOS Las células se organizan en agrupaciones homogéneas y ordenadas llamadas tejidos. En los tejidos se encuentran células diferenciadas que mantienen el tejido o realizan funciones importantes para el organismo y células sin diferenciar (células madre) que 9

10 permanecen en el tejido para proliferar cuando las células diferenciadas mueran y así poder sustituirlas. Las células diferenciadas suelen recibir un nombre alusivo con el sufijo -cito (por ejemplo fibrocito). Las células sin diferenciar se suelen nombrar con el sufijo -blasto (por ejemplo osteoblasto) TEJIDO EPITELIAL Los tejidos epiteliales están formados por láminas continuas de células. De este modo limitan el paso de sustancias de un lado a otro del epitelio Existen epitelios que actúan como capas separadoras: epitelio de revestimiento y otros que se encargan de fabricar y emitir secreciones externas o internas: epitelio glandular. Debido a su función, los epitelios tienen células íntimamente unidas entre sí, de modo que la matriz extracelular es muy escasa o inexistente. Para ello tienen diversos tipos de uniones intercelulares: - Desmosomas, aumentan la resistencia a la tracción. Son fibras resistentes que unen las membranas celulares y fibras internas que se unen al citoesqueleto celular. - Uniones en cremallera, que impiden el paso de sustancias. 10

11 Clasificación de los epitelios Según su función: o Epitelio de revestimiento. o Epitelio glandular. Según la forma de las células que lo componen o Células planas. o Células cúbicas. o Células cilíndricas. Según el número de capas celulares o Monoestratificados o simples: Una sola capa o Pluriestratificados: Varias capas o Pseudoestratificados: parecen formados por más de una capa de células, porque éstas se disponen a distintas alturas y suelen ser cilíndricas. En realidad, todas están en contacto con la capa basal. Frecuentemente, presenta cilios en la superficie, como, por ejemplo, en la tráquea Funciones de los epitelios: Protección. Separación. Absorción o intercambio. Secreción. Recepción de estímulos. Epitelio de revestimiento Depende fundamentalmente de la superficie de intercambio y la tensión que debe soportar. Generalmente presentan mucha renovación celular. Todo lo que entra o sale del organismo y de sus órganos pasa a través de epitelios de revestimiento. Diferenciaciones en algunos epitelios Ciliados: Tráquea y bronquios. Microvellosidades: Intestino. Queratinizado: Epidermis. Monoestratificado plano cúbico Monoestratificado de células 11

12 Monoestratificado de células cilíndricas ciliadas Pluriestratificado de células cúbicas: Uréter Pluriestratificado: epidermis de los vertebrados Epitelio glandular Se encargan de la secreción de sustancias. Pueden segregarlas continuamente o retenerlas hasta que explota la célula. 12

13 Algunos epitelios glandulares Glándula salival Tiroides TEJIDOS CONECTIVOS Los conectivos son nexo de unión entre el resto de tejidos y órganos; suponen un sustento para el cuerpo y sus sistemas de órganos, a los que protegen. Suelen ser los tejidos más abundantes en los animales. Se forma por células libres inmersas en una matriz extracelular o intercelular fabricada por ellas mismas. La matriz está formada esencialmente por agua y puede llevar: Fibras colágenas. La proteína más abundante en humanos Fibras reticulares. Fibras elásticas. Precipitados minerales. Otros tipos de proteínas. 13

14 Los tejidos conectivos suelen clasificarse en: Tipos de tejidos conectivos Tipos Matriz Células principales Función Conjuntivo Fibras gruesas Fibrocitos Soporte Adiposo Escasa Adipocitos Cartilaginoso Fibras muy finas Óseo Sanguíneo Condrocitos Reserva, Homeotermia, protección Soporte a presión, sostén Ejemplos Dermis Tendones Grasa subcutánea Articulaciones Pabellón auditivo Precipitado de Osteocitos Sostén, protección Huesos sales minerales Matriz líquida Eritrocitos, leucocitos Trasporte Conductos sudoríparos Vejiga a) TEJIDO CONJUNTIVO El tejido conjuntivo está atravesado por vasos sanguíneos y nervios. Tiene gran capacidad de regeneración ante lesiones. Puede sustituir a otros tejidos destruidos como músculo o epidermis dando lugar a cicatrices Tipos Características Función Localización Laxo Denso Pocas fibras. Sin orientación preferente Gran cantidad de fibras colágenas Orientadas en una dirección predominante Relleno. Movimiento Resistencia a la tracción Haces musculares. Dermis Tendones. Ligamentos. Dermis 14

15 b) TEJIDO ADIPOSO Tipos Características Función Localización Pardo Adipocitos pardos. Muchas gotas lipídicas. Muchas mitocondrias Generación de calor Escaso en humanos adultos Mayor en recién nacidos Blanco Adipocitos claros amarillentos. Grandes Una gota lipídica grande y otras menores Aislante Reserva de lípidos para energía Bajo la piel en homeotermos. Entre órganos internos Muy abundante en humanos 20-25% en peso en mujeres y 15-20% en hombres. Funciones Principal reserva de energía. Importante función en caracteres sexuales secundarios. Aislamiento térmico. Protector mecánico. Los lípidos están en constante renovación y están bajo la influencia hormonal y nerviosa. c) TEJIDO CARTILAGINOSO Carecen de vasos sanguíneos y nerviosos. Se nutre de los del conjuntivo que los rodea (pericondrio). Flexibilidad variable. Funciones: Sostén. Amortiguación y deslizamiento en articulaciones. Formación y crecimiento de los huesos largos. 15

16 Tipos Características Función Localización Hialino Elástico Fibroso Predominan la fibras colágenas finas Es el más abundante Gran cantidad de fibras elásticas Muchas fibras colágenas gruesas Sin límite preciso con el conjuntivo denso Resistencia presión Flexibilidad Resistencia a presión y tracción Nariz, tráquea y bronquios, esternón Articulaciones Pabellones auditivos. Epiglotis Discos intervertebrales. Inserción de tendones en huesos El cartílago se recupera mal y lentamente de las lesiones y a veces, cuando es dañado, es sustituido por conjuntivo denso (cicatriz). d) TEJIDO OSEO Funciones: Constituyente principal del esqueleto: Soporte. Protección: Cráneo, caja torácica, vértebras. Tiene otras funciones: Apoyo a los músculos para producir movimientos ampliados mediante palancas. Alojamiento de la médula ósea hematopoyética. Reserva de fosfatos y calcio. Tipos Características Función Localización Compacto Grandes masas concéntricas Resistencia Huesos largos Cubierta huesos menores Esponjoso Trabéculas. Muchos espacios Resistencia a presión Médula ósea Tienen la misma estructura histológica Estructura del tejido óseo: Fibras colágenas en láminas paralelas concéntricas a conductos. Conductos con vasos sanguíneos y nervios (conductos de Havers). 16

17 e) TEJIDO SANGUÍNEO La sangre es considerada por numerosos autores como un tipo especializado de tejido conectivo compuesto de células, fragmentos celulares y una matriz extracelular líquida denominada plasma sanguíneo. Las células sanguíneas se clasifican en dos tipos: eritrocitos o glóbulos rojos y leucocitos o glóbulos blancos. La sangre también contiene fragmentos celulares denominados plaquetas TEJIDO MUSCULAR Los animales poseemos un tejido contráctil especializado: el tejido muscular. Está formado por células con gran cantidad de fibras contráctiles internas. Estas fibras están formadas por dos proteínas principales: actina y miosina. 17

18 Tipos Función Ejemplos Liso Contracción no muy rápida Duradera Vasos sanguíneos Digestivo Estriado esquelético Contracción muy rápida, fuerte, discontinua Músculos esqueléticos Estriado cardiaco Contracción rítmica, constante Corazón TEJIDO NERVIOSO Tejido especializado en la transmisión de información. Se basa en unas células llamadas células nerviosas o neuronas Estas células necesitan la ayuda de células auxiliares: células gliales. Las células gliales son cinco veces más numerosas que las neuronas. 18

19 5. ÓRGANOS Y APARATOS DEL CUERPO HUMANO 5.1 ÓRGANOS Un conjunto de tejidos diferentes se reúnen en un órgano para llevar a cabo la misma función. 5.2 SISTEMAS Y APARATOS Un conjunto de órganos diferentes se reúnen para realizar una determinada función. Un sistema está compuesto por órganos homogéneos o semejantes por su estructura y origen, pues en su estructura predomina un mismo tipo de tejido originado de una determinada hoja germinativa (sistemas óseo, muscular y nervioso), mientras que un aparato está constituido por órganos heterogéneos o diferentes en estos 2 aspectos (aparatos locomotor, digestivo, respiratorio, urinario, genital, endocrino y circulatorio). 19