2do Medio> Biología Organización y función celular De células a tejidos, órganos y organismos. Luego de la fecundación del óvulo por el espermatozoide, el cigoto se divide una y otra vez hasta formar una masa de muchas células. Dichas células, llamadas células madres o totipotenciales, llevan ese nombre porque son capaces de convertirse en cualquier tejido, tomando formas y características muy diferentes unas de otras. Es así, como en el feto encontramos esbozos de extremidades, ojos, cabeza, etc. que se definen totalmente cuando la criatura va a nacer. En etapa adulta, todas las células que constituyen nuestro organismo se han especializado de la manera que indicamos, siendo parte de órganos como el corazón, músculos, cerebro, gónadas, etc. En esta etapa, no queda ninguna célula totipotencial que pueda diferenciarse. Transición a células embrionarias Sin embargo, algunas veces sucede un fenómeno anormal, que hace que las células diferenciadas en el organismo adulto, se des-diferencien y transiten a ser células embrionarias otra vez, teniendo la capacidad de transformarse en una célula distinta a todas las vecinas en el órgano en el que está. En la imagen, se muestra un ejemplo de este fenómeno, donde un grupo de células del testículo, se des-diferencian y vuelven a ser células embrionarias, esto tiene tres efectos principales; que la célula se aísle y se separe de sus vecinas, que adopte la capacidad de migrar, es decir moverse por los tejidos, y que desarrolle una gran capacidad para multiplicarse. A qué patología de alto riesgo asocias este fenómeno y sus efectos? Por qué? 1
El siguiente esquema, pretende mostrarte los principales aspectos que serán abordados en este módulo. 2
Las células de los organismos pluricelulares no viven aisladas. Cada célula es parte de un tejido y cada tejido posee características distintivas. Por ejemplo, el tejido muscular está formado por células alargadas y tiene la capacidad de contraerse. Un tejido es un conjunto de células que comparten características morfológicas y funcionales. Es frecuente que las células de un tejido se mantengan estrechamente relacionadas, ya sea por mecanismos físicos o comunicación química. Pero también es común encontrar tejidos cuyas células se distancien unas de otras, como sucede con las células sanguíneas. Es un error suponer que cada tejido se encuentra limitado a un órgano particular del cuerpo. Al contrario, la mayoría de los tejidos se encuentran distribuidos en casi todos los órganos del cuerpo. De esta manera, el corazón posee tejido muscular, pero también tejido epitelial, tejido conjuntivo, tejido nervioso y tejido sanguíneo. Otros ejemplos: supuestamente los huesos sólo poseen tejido óseo. Pero también están formados de tejido conjuntivo, cartilaginoso, sanguíneo y epitelial. El cerebro no sólo son neuronas (tejido nervioso), también posee tejido sanguíneo, linfático y epitelial. Se podría suponer que un órgano es el resultado de las características de los tejidos que lo forman. Pero es más que eso, la proporción, disposición, morfología y relación que establece con los demás tejidos hace que un mismo tejido pueda aportar distintas características en distintos órganos. Por ejemplo, en el corazón, existe un tipo de tejido muscular que permite bombear sangre. Otro tipo de tejido muscular, dispuesto de una forma muy distinta, asociado a estructuras óseas, permite los movimientos del brazo o las piernas. Funciones relacionadas (contracción), logradas en diferentes partes del cuerpo. Tampoco es correcto asumir que cada órgano posee un tipo especial de cada tipo de tejido. Sólo un especialista podría diferenciar una muestra de tejido muscular extraída del rostro de otra extraída del pie. El epitelio de la tráquea se parece mucho al epitelio de las trompas de Falopio. Las neuronas de la retina son casi idénticas a otras neuronas ubicadas en la piel. Lo interesante es que al observar mediante un microscopio una muestra de un órgano cualquiera, por ejemplo el estómago, es factible reconocer varios tejidos mediante sus características distintivas. De manera general, los tejidos se han dividido en 4 grupos de tejidos especializados. La palabra especializado, quiere decir que se hecho experto en una función determinada, y que las células que lo constituyen trabajan para cumplir dicha función. Por esa razón, tienen aspectos tan distintos, formas de metabolismo exclusivas y organelos más o menos desarrollados. 3
Los cuatro tejidos son: Tejido conectivo. Se le considera como un tejido de sostén puesto que sostiene y cohesiona a otros tejidos y órganos, sirve de soporte a estructuras del organismo y protege y aísla a los órganos. Además, todas las sustancias que son absorbidas tienen que pasar por este tejido, que sirve de puente de comunicación entre distintos tejidos y órganos, por lo que generalmente se le considera como el medio interno del organismo. Bajo el nombre de conectivo se engloban una serie de tejidos heterogéneos pero con características compartidas. Una de estas características es la presencia de células embebidas en una abundante matriz extracelular, la cual representa una combinación de fibras colágenos y elásticas. Las características de la matriz extracelular son precisamente las responsables de las propiedades mecánicas, estructurales y bioquímicas del tejido conectivo. La imagen muestra una foto real de tejido conectivo, en donde los puntos negros que se ven a ciertas distancias, son las células. Y están embebidas en las fibras que corren a lo largo del tejido. Así lo dibujamos Así es en realidad Fibras Células La imagen de la izquierda, muestra una caricatura de la morfología del tejido conectivo. Pinta de color café las fibras de la matriz extracelular, y pinta de un mismo color todas las células iguales que encuentres, hay varios tipos. Luego, dibuja por lo menos tres de ellas, y describe las formas que tienen. Dibuja aquí: 4
Con la actividad anterior, seguramente te diste cuenta que en el tejido conectivo encontramos muchos tipos de células, debes tener presente que estas células no se encuentran todas juntas, el dibujo sólo es un esquema, sino que ellas adoptan las distintas formas y características según el órgano en el que estén. Es decir, el concepto de tejido conectivo, es un concepto general, que reúne a muchos subgrupos de tejidos que comparten una característica clave, tener células y una gran matriz extracelular. Es así, como encontramos un subgrupo al que se le denomina tejidos conectivos especializados. A continuación veremos cuáles son, que forma tienen sus células, y la función que cumplen. Tejido adiposo. Es un tejido especializado en el almacenamiento de lípidos gracias a unas células capaces de contener en su citoplasma grandes gotas de grasa, estas células se denominanadipocitos. Tejido cartilaginoso. Es el principal tejido de soporte, se encuentra principalmente entre las articulaciones de dos huesos, así permite por ejemplo, amortiguar los golpes del caminar y los saltos, para prevenir el desgaste por rozamiento y, por deformación, para permitir los movimientos de la articulación de la rodilla. Sus células se encuentran ubicadas en pequeñas islas, que se componen de unas 4 a 8 células, rodeadas de muchas fibras de colágeno y otras proteínas, estas le permiten mantener la rigidez y a la vez permitir el dinamismo a la articulación. Esa gran cantidad de fibras de colágeno que rodean a los islotes de células cartilaginosas, deben ser sintetizadas por estas mismas células, quienes luego de fabricarlas las exportan hacia afuera. Por esta razón, al mirar las células se ve que tienen un prominente núcleo, un prominente retículo endoplasmático rugoso, pero sobre todo una masa oscura de gránulos de colágeno y otras fibras en proceso de síntesis. La figura de la izquierda representa una célula cartilaginosa. - Ubica en ella el núcleo, el retículo endoplasmático rugoso y los gránulos de colágeno y proteínas. La figura de la derecha, muestra un corte de tejido cartilaginoso. - Ubica los islotes de células, y cuenta cuántos hay aprox. Ubica además el sitio donde están las fibras de la matriz. Según la imagen: Qué sucede con los organelos en esta célula? De qué servirá que estas células guarden grasa? Qué crees que pasa con estas células cuando engordamos?...... Crees que estas células ayudarán a regular la temperatura?... 5
Tejido sanguíneo. Este tejido se compone de células, y de un componente extracelular llamado plasma sanguíneo, este plasma sería su matriz extracelular, típica de los tejidos conectivos. Es un fluido translúcido y amarillento, en el que están suspendidas las diferentes células sanguíneas, también llamadas elementos figurados. Es importante que este plasma sanguíneo se mantenga en fase más o menos líquida, para que así la sangre pueda movilizarse a través de los vasos sanguíneos. El tejido sanguíneo cumple muchas funciones, como por ejemplo transporte de oxígeno en el interior de células llamadas eritrocitos, también ayuda a la cicatrización de heridas gracias a las plaquetas, y nos defiende de los microorganismos patógenos gracias a la acción de los linfocitos. Los elementos figurados o células sanguíneas, difieren mucho en su tamaño, forma, y función. No es nuestro objetivo tratarles en detalle, pero si revisaremos generalidades de su aspecto morfológico. La figura de la izquierda: muestra una foto real de tejido sanguíneo. Los elementos que se encuentran en mayor cantidad son los eritrocitos, encargados de transportar oxígeno. Qué componente muy notorio en las otras células, no encuentras en los eritrocitos?... Ese componente ha sido eliminado por los eritrocitos, para así tener más espacio para el oxígeno. La figura superior derecha: muestra una magnificación de los eritrocitos, y se ven como muchas monedas apiladas. La figura inferior derecha: muestra dibujos de los diferentes elementos figurados. Usando esta imagen, identifica los otros 4 elementos que ves en la imagen de la izquierda. Qué componente celular de los leucocitos te llama la atención y por qué?..... Qué te llama la atención de las plaquetas? Parecen ser células enteras o partes de ellas?..... 6
Tejido óseo. El tejido óseo es un tipo especializado de tejido conectivo constituyente principal de los huesos en los vertebrados. El tejido óseo está compuesto por células y componentes extracelulares calcificados que forman la matriz ósea. Se caracteriza por su rigidez y su gran resistencia tanto a la tracción como a la compresión, esto hace que sea el tejido que nos brinda protección y sostén. Criptas formadas por la matriz extracelular osificada Gránulos de almacenamiento de calcio yfósforo La figura de la izquierda, muestra tres células óseas. Ellas se caracterizan por tener muchas proyecciones desde el citoplasma, que le sirven para anclarse a otras células o a las paredes de las criptas. Las criptas, se muestran en la figura de la derecha, y son una armazón osificada que deja una gran cantidad de orificios pequeños, donde viven las células óseas. Es importante destacar, que la matriz extracelular puede osificarse, gracias a que las células óseas almacenan minerales como calcio y fósforo, que van exportando al sitio extracelular. Tejido epitelial. El epitelio es el tejido que recubre todas las superficies libres del organismo, y constituye el recubrimiento interno de las cavidades, órganos huecos, conductos del cuerpo y la piel y que también forma las mucosas y las glándulas. Cumple funciones como, protección antes las lesiones, secreción de sustancias, absorción de sustancias, etc. Está formado por una o varias capas de células muy unidas entre sí, debido a que son la primera capa de defensa ante microorganismos, no debe dejar espacios libres para que estos pasen, por lo que a diferencia del tejido conectivo, tiene muy poca matriz extracelular. La imagen de la izquierda, muestra un esquema de cómo se disponen las células epiteliales, fuertemente adosadas unas a otras. Puedes reconocer dónde están las células epiteliales en la imagen de la derecha? 7
Hay epitelios que han adoptado características funcionales para el órgano al cual constituyen, entre ellos tenemos: Epitelio intestinal: Como su nombre lo dice, son células que recubren el intestino. Como seguramente tú ya sabes, las paredes del intestino se encargan de absorber los nutrientes que van pasando por él, para distribuirlo a los tejidos, pues bien, las células que recubren la pared interna del tubo intestinal tienen en su superficie una gran cantidad de proyecciones que se mueven, parecidas a pelos, y que reciben el nombre de microvellosidades. La función de ellas es aumentar la capacidad de absorción del intestino. Epitelio glandular: Es el epitelio que recubre a las glándulas. Por si no lo sabías, las glándulas son estructuras especializadas en producir sustancias y secretarlas. Por ejemplo en la raíz de cada pelo, tenemos glándulas sebáceas, que secretan el sebo que hace que nuestro cabello esté continuamente graso. O las glándulas que secretan saliva en nuestra boca, también son un buen ejemplo. La imagen muestra la estructura de una glándula. Se puede ver que es como una cavidad profunda con una salida en la parte superior, que es por donde sale el producto secretado por las células glandulares. Estas células se disponen una tras otra, tal como lo muestra la magnificación de la imagen en la parte inferior. Ya que estas células se han especializado en producir sustancias para luego secretarlas, se pueden observar en su citoplasma, una gran cantidad de vesículas de secreción (flechas). Dada la función productora y secretora de estas células, Qué organelo/s debiera tener más desarrollados?... Por qué?..... 8
Epitelio endotelial: El endotelio, es la capa que recubre a los vasos sanguíneos. Como seguramente sabes, los vasos sanguíneos son tubos por los que circula la sangre, y están presentes en casi todos los tejidos irrigándolos y nutriéndolos. Los vasos más pequeños se llaman capilares, y tienen una característica muy especial, esta es que permiten el paso de sustancias a través de la pared endotelial, y así sustancias que corrían por la sangre pueden filtrase a los tejidos que están siendo irrigados. Si el endotelio de los capilares debe permitir que pasen sustancias a través de él, qué le conviene más, tener varias capas de células, o tener sólo una capa de células?..... La respuesta a la pregunta anterior, puedes constatarla con la imagen de la izquierda, en ella se muestra el endotelio de un capilar, que es justamente una sola capa de células, muy aplanadas y muy unidas entre ellas. Si te das cuenta, no dejan espacios libres, para evitar así el paso de sustancias nocivas. La figura de la derecha, muestra una imagen real de un endotelio, donde las flechas muestran la disposición de las células en el. Tejido muscular El tejido muscular, es aquel que posee la capacidad de contraerse y relajarse permitiendo el movimiento de los huesos, el bombeo del corazón, la acomodación de la vejiga, etc. Esta función motora, se debe a las características de las células que componen este tejido, si bien es cierto su nombre sería células musculares, es más correcto llamarles fibras musculares, ya que su citoplasma se ha alargado, y han adoptado forma de verdaderas fibras que recorren el largo de los músculos. Su capacidad contráctil, se da gracias a la presencia de miofibrillas contráctiles en el citoplasma de las fibras musculares, que se organizan de manera muy ordenada, haciendo que se vean en la célula muchas estrías. Además de esto, las fibras musculares poseen gran cantidad de mitocondrias, debido a la gran cantidad de energía que necesitan para contraerse. Pueden ser tener varios núcleos desplazados hacia la periferia, ya que el citoplasma es ocupado por las fibras nombradas anteriormente. FIBRA MUSCULAR. 9
Esquema de una fibra muscular Microfotografía fibra muscular Basándote en la imagen de la izquierda, reconoce en la microfotografía a las miofibrillas contráctiles y a las mitocondrias. Tejido nervioso El tejido nervioso, es el encargado de recibir estímulos del medio, y de generar una respuesta. Esta capacidad la logra, gracias a sus células llamadas neuronas, las que presentan características y funciones especializadas en la recepción de información, y en el paso de esa información de una neurona a otra. La morfología de las neuronas es muy especial, presentan su citoplasma y su núcleo en una zona llamada cuerpo neuronal, de él salen muchas prolongaciones cortas llamadas dendritas y una larga prolongación llamada axón que le permite contactarse con otras neuronas que pueden encontrarse muy alejadas. Aunque la mayoría tiene la forma ya descrita, existen otras con forma de estrellas, de árboles muy ramificados, o muy alargadas. La imagen de la izquierda muestra dos neuronas contactándose. De acuerdo a lo que observas, El axón y las dendritas son prolongaciones del núcleo o del citoplasma?... La imagen de la derecha, muestra tejido neuronal y muchas neuronas conectadas cuántos núcleos en cuerpos neuronales cuentas?... 10
Aparte de todas las células que ya has visto, existen muchas otras en el organismo que tienen morfologías y funciones muy especializadas, el espermatozoide por ejemplo, o el ovocito, o los receptores de los ojos, o los receptores de la piel, etc. Si te gustó la temática de este módulo, puedes hacer una búsqueda de otros tipos celulares especializados, no para aprender sus funciones, ya que no es el objetivo de este nivel, sino para que te des cuenta que células que en período embrionario tienen una misma forma, pueden especializarse hasta diferenciarse absolutamente una de otra. 11
El siguiente esquema, pretende ser una síntesis de las temáticas vistas en este módulo. Interprétalo, y comprueba si coincide con las ideas mentales que adquiriste a medida que estudiabas este módulo. 12
A EJERCITAR!!... Para reforzar lo aprendido, realiza las siguientes actividades. Actividad 1. Observa la imagen con atención, e identifica todas las estructuras que reconozcas, pueden ser células, tejidos, fibras todo lo que te sea familiar y que hayas visto en este módulo. (Puedes colorearlo si deseas). Actividad 2. Resuelve el siguiente ejercicio de columnas pareadas, ubicando la función y característica de las células, para cada tipo de tejido. Tipo de tejido Características de sus células Función 1. Epitelial. Células separadas, unidas mediante múltiples Transporte y prolongaciones defensa. 2. Muscular. Dispuestas en torno a un lumen, estrecha relación con vasos sanguíneos Revestimiento. 3. Sanguíneo. Alargadas y compactas, con estriaciones del Liberación de citoesqueleto sustancias. 4. Adiposo. Dispuestas en capas, formas cúbicas o cilíndricas Contracción. 5. Glandular. Separadas entre sí, formas redondeadas Almacenamiento. 6. Nervioso. Con citoplasmas desplazados por vacuola lipídica, poligonales Comunicación. 13
Actividad 3. Reconoce el tipo de tejido de cada microfotografía, haciendo uso de lo que ves, y de la pista que se da al pie de cada imagen. Además en cada imagen, identifica los componentes u organelos celulares que estén visibles. PISTA: Las flechas muestran sustancias secretadas. Qué es? PISTA: Este tejido permite que las articulaciones se muevan Qué es? PISTA: Varios de esos núcleos pueden ser de una sola célula. Qué es? PISTA: Este tejido permite filtrar el aire que inhalamos. Qué es? PISTA: Las flechas muestran núcleos. Qué es? Actividad 4. Ahora que ya aprendiste mucho sobre especialización celular, sigues manteniendo tu respuesta de la primera actividad? Qué te pareció el contenido? Qué fue lo que más te costó comprender? Qué utilidad le encuentras a aprender estos contenidos? 14