Introducción a la fisiología : la célula y la fisiología general.
Capítulo 1 : Organización funcional del cuerpo humano y control del medio interno.
La fisiología humana intenta explicar las características y mecanismos específicos del cuerpo humano que hacen que sea un ser vivo. El hecho de que seamos seres que perciben, sienten y aprenden forma parte de esta secuencia automática de la vida; estos atributos especiales nos permiten existir en situaciones muy variables, que en caso contrario harían imposible la vida. la fisiología humana intenta explicar las características y mecanismos específicos del cuerpo humano que hacen que sea un ser vivo.
Las células como unidades vivas del cuerpo.
El cuerpo en su conjunto contiene en torno a 100 billones de células. Aunque las múltiples células del cuerpo son muy diferentes entre sí, todas ellas tiene determinadas características básicas que son similares.
Líquido extracelular : el medio interno.
El 60% del cuerpo humano del adulto es líquido, principalmente una solución acuosa de iones y otras sustancias. A pesar de que casi todo este líquido queda dentro de las células y se conoce como líquido intracelular, una tercera parte se encuentra en los espacios exteriores a las células y se denomina líquido extracelular, el cual está en movimiento constante por todo el cuerpo y, por difusión a través de los capilares se mezcla entre la sangre y los líquidos tisulares.
Las células son capaces de vivir y realizar sus funciones especiales, siempre que el medio interno disponga de las concentraciones adecuadas de oxígeno, glucosa, distintos iones, aminoácidos, sustancias grasas y otros componentes.
El líquido extracelular contiene grandes cantidades de iones sodio, cloruro y bicarbonato más nutrientes para las células, como oxígeno, glucosa, ácidos grasos y aminoácidos. También contiene dióxido de carbono, que se transporta desde las células a los pulmones para ser excretado junto con otros residuo celulares que se transportan a los riñones para su excreción. En cambio, el líquido intracelular contiene grandes cantidades de iones potasio, magnesio y fosfato en lugar de los iones sodio y cloruro que se encuentran en el líquido extracelular.
Transporte en el líquido extracelular y sistema de mezcla : el aparato circulatorio.
A medida que la sangre atraviesa los capilares sanguíneos se produce también un intercambio continuo de líquido extracelular entre la porción del plasma de la sangre y el líquido intersticial que rellena los espacios intercelulares.
Las paredes de los capilares son permeables a la mayoría de las moléculas del plasma sanguíneo, a excepción de las proteínas plasmáticas, que son demasiado grandes para pasar con facilidad a través de los capilares. Por tanto, grandes cantidades de líquido y sus componentes disueltos difunden yendo y viniendo entre la sangre y los espacios tisulares.
Origen de los nutrientes en el líquido extracelular.
- El sistema respiratorio proporciona el oxígeno y elimina el dióxido de carbono.
- El sistema digestivo facilita la absorción de los distintos nutrientes.
- El hígado modifica la composición química de las sustancias absorbidas, de esa manera pueden aprovecharse mejor.
- El sistema musculoesquelético protege los órganos internos y proporciona el soporte para el cuerpo, a demás de ser una fuente reguladora de calcio.
Eliminación de los productos finales metabólicos.
- El aparato respiratorio elimina el dióxido de carbono que se produce en las células , el cual se libera desde la sangre hacia los alvéolos y después hacia el exterior.
- Los riñones excretan la mayoría de los productos de desecho, además de tener un papel importante en la regulación del volumen sanguíneo y la presión arterial.
- El hígado elimina las sustancias toxicas ingeridas.
Regulación de las funciones corporales.
- El sistema nervioso dirige la actividad del sistema muscular, controla la función de órganos internos.
- El sistema endocrino controla las funciones metabólicas al segregar hormonas en el torrente sanguíneo y transportarlas hacia los tejidos.
Protección del cuerpo.
- El sistema inmunitario proporciona al cuerpo un mecanismo de defensa frente a bacterias y virus.
- El sistema tegumentario conformado principalmente por la piel, proporciona protección contra las lesiones, deshidratación a demás de regular la temperatura.
Reproducción.
No todos los autores toman en cuenta a la reproducción como una función homeostática, aun que podríamos decir que mantiene la homeostasis al generar nuevos seres que ocuparán el lugar de aquellos que mueren.
Sistemas de control del organismo.
El cuerpo humano contiene miles de sistemas de control. Algunos de los más intrincados de estos sistemas son los de control genético que actúan en todas las células para mantener el control de las funciones intracelulares y extracelulares. La mayoría de los sistemas de control del organismo actúan mediante una retroalimentación negativa.
Si algún factor se vuelve excesivo o deficiente, un sistema de control inicia una retroalimentación negativa que consiste en una serie de cambios que devuelven ese factor hacia un determinado valor medio, con lo que se mantiene la homeostasis.
¿Por qué la mayoría de los sistemas de control del organismo actúan utilizando una retroalimentación negativa y no una retroalimentación positiva? Si se tiene en cuenta la naturaleza de la retroalimentación positiva, resulta evidente que no consigue la estabilidad, sino la inestabilidad y, en algunos casos, puede causar la muerte.
En algunos casos, el organismo usa la retroalimentación positiva a su favor. La coagulación sanguínea es un ejemplo del gran valor que tiene la retroalimentación positiva. Cuando se rompe un vaso sanguíneo y comienza a formarse un coágulo, dentro de este se activan muchas enzimas denominadas factores de coagulación. Algunas de estas enzimas actúan sobre otras enzimas inactivas que están en la sangre inmediatamente adyacente, con lo que se consigue que coagule más sangre. Este proceso continúa hasta que el orificio del vaso se tapona y cesa la hemorragia. Sin embargo, si el sistema se descontrola comienza a causar coágulos no deseados y terminar en un ataque cardíaco.
Control adaptativo: un sistema de control más complejo.
Algunos movimientos del organismo son tan rápidos que no hay tiempo suficiente para que las señales nerviosas se desplacen desde la periferia del organismo hasta el cerebro y vuelvan a la periferia para controlar el movimiento, por lo que el cerebro aplica un principio que se conoce como control anterógrado, que hace que se contraigan los músculos apropiados, es decir, las señales del nervio sensible de las partes en movimiento informan al cerebro si el movimiento se está realizando correctamente. En caso contrario, el cerebro corrige las señales anterógradas que envía hacia los músculos la siguiente vez que se necesite ese movimiento. Después, si necesita nuevas correcciones, este proceso se realizará de nuevo en los movimientos sucesivos; es lo que se denomina control adaptativo, que, en cierto sentido, es una retroalimentación negativa retardada.
Capítulo 2 : La célula y sus funciones.
Cada una de los 100 billones de células de un ser humano es una estructura viva que puede sobrevivir durante meses o incluso años, siempre que los líquidos de su entorno contengan los nutrientes apropiados. Las células contienen el código hereditario del organismo que controla las sustancias sintetizadas por las células y les permite realizar copias de sí mismas.
Para entender la función de los órganos y otras estructuras del organismo es esencial conocer la organización básica de la célula y las funciones de sus componentes.
Sus dos partes más importantes son el núcleo y el citoplasma, que están separados entre sí por una membrana nuclear, mientras que el citoplasma está separado de los líquidos circundantes por una membrana celular que también se conoce como membrana plasmática.
Las diferentes sustancias que componen la célula se conocen colectivamente como protoplasma.
El protoplasma está compuesto principalmente por cinco sustancias :
- Agua. Es el principal medio líquido de la célula. Está presente en casi todo tipo de células, a excepción de los adipocitos, en una concentración del 70-85% .
- Iones. Algunos de los iones importantes de la célula son el potasio, el magnesio, el fosfato, el sulfato, el bicarbonato y cantidades más pequeñas de sodio, cloruro y calcio.
- Proteínas. Después del agua, son las sustancias más abundantes en la mayoría de las células, normalmente constituyen entre el 10 y el 20% de la masa celular.
- Lípidos. Los lípidos especialmente importantes son los fosfolípidos y el colesterol, que juntos suponen solo el 2% de la masa total de la célula. Su importancia radica en que, al ser principalmente insolubles en agua, se usan para formar las barreras de la membrana celular y de la membrana intracelular que separan los distintos compartimientos celulares.
- Carbohidratos. Tienen escasas funciones estructurales en la célula, salvo porque forman parte de las moléculas glucoproteicas, pero sí tienen un papel muy importante en la nutrición celular. Suele suponer el 1% de su masa total, que puede aumentar hasta el 3% en las células musculares e incluso hasta el 6% en los hepatocitos.
Estructura física de la célula .
La célula contiene estructuras físicas muy organizadas que se denominan orgánulos intracelulares.
Membrana celular.
También denominada membrana plasmática cubre la célula y es una estructura elástica, fina y flexible que tiene un grosor de tan solo 7,5 a 10 nm. Está formada casi totalmente por proteínas y lípidos, con una composición aproximada de un 55% de proteínas, un 25% de fosfolípidos, un 13% de colesterol, un 4% de otros lípidos y un 3% de hidratos de carbono.
Citoplasma.
El citoplasma está lleno de partículas diminutas y grandes y orgánulos dispersos. La porción de líquido gelatinoso del citoplasma en el que se dispersan las partículas se denomina citosol y contiene principalmente proteínas, electrólitos y glucosa disueltos.
Retículo endoplásmico.
Es una red de estructuras vesiculares tubulares y planas del citoplasma que forman el retículo endoplásmico. Este orgánulo ayuda a procesar las moléculas formadas por la célula y las transporta a sus destinos específicos dentro o fuera de la célula.
Unidas a la superficie exterior de muchas partes del retículo endoplásmico encontramos una gran cantidad de partículas granulares diminutas que se conocen como ribosomas. Cuando estas partículas están presentes, el retículo se denomina retículo endoplásmico rugoso (RER). Los ribosomas están formados por una mezcla de ARN y proteínas y su función consiste en sintetizar nuevas moléculas proteicas en la célula.
Parte del retículo endoplásmico no tiene ribosomas, es lo que se conoce como retículo endoplásmico agranular, o liso (REL). Este retículo agranular actúa en la síntesis de sustancias lipídicas y en otros procesos de las células que son promovidos por las enzimas intrarreticulares.
Aparato de Golgi
Esta íntimamente relacionado con el retículo endoplásmico. Tiene unas membranas similares a las del REL y está formado habitualmente por cuatro o más capas apiladas de vesículas cerradas, finas y planas, que se alinean cerca de uno de los lados del núcleo.
Lisosomas
Son orgánulos vesiculares que se forman por la rotura del aparato de Golgi y después se dispersan por todo el citoplasma. Los lisosomas constituyen el aparato digestivo intracelular que permite que la célula digiera: las estructuras celulares dañadas; las partículas de alimento que ha ingerido, y las sustancias no deseadas, como las bacterias. Las enzimas hidrolíticas están altamente concentradas en los lisosomas.
Peroxisomas
Son físicamente similares a los lisosomas, pero difieren en dos aspectos importantes. En primer lugar, se cree que están formados por autorreplicación en lugar de proceder del aparato de Golgi. En segundo lugar, contienen oxidasas en lugar de hidrolasas.
Mitocondrias
Se conocen como los «centros neurálgicos» de la célula. Sin ellas, las células no serían capaces de extraer energía suficiente de los nutrientes y, en esencia, cesarían todas las funciones celulares.
La mitocondria está compuesta principalmente por dos membranas de bicapa lipídica – proteínas : una membrana externa y una membrana interna. Los plegamientos múltiples de la membrana interna forman compartimientos o túbulos denominados crestas en los que se unen las enzimas oxidativas. Las crestas proporcionan una gran superficie para que tengan lugar las reacciones químicas. Además, la cavidad interna de la mitocondria está llena con una matriz que contiene grandes cantidades de enzimas disueltas que son necesarias para extraer la energía de los nutrientes.
Citoesqueleto celular : estructuras filamentosas y tubulares.
Es una red de proteínas fibrilares organizadas habitualmente en filamentos o túbulos que se originan como moléculas proteicas precursoras sintetizadas por los ribosomas en el citoplasma. Todas las células usan un tipo especial de filamento rígido formado por polímeros de tubulina para construir estructuras tubulares fuertes, los microtúbulos.
Núcleo
Es el centro de control de la célula, envía mensajes a esta para que crezca y madure, se replique o muera. brevemente, contiene grandes cantidades de ADN, que comprende los genes, que son los que determinan las características de las proteínas celulares, como las proteínas estructurales, y también las enzimas intracelulares que controlan las actividades citoplásmicas y nucleares.
Sistemas funcionales de la célula.
Para este apartado he seleccionado un vídeo que nos puede ayudar a entender la forma en que la célula ingiere y digiere sustancias.
Capítulo 3 : Control genético de la síntesis proteica, las funciones de la célula y la reproducción celular.
Casi todos sabemos que los genes, que están situados en el núcleo de todas las células del organismo, controlan la herencia de padres a hijos, pero muchas personas no se dan cuenta de que estos mismos genes también controlan la función cotidiana de todas las células del organismo. Los genes controlan las funciones de la célula determinando qué sustancias se sintetizan dentro de esta.
Cada gen es una molécula de dos hebras helicoidales de ácido desoxirribonucleico (ADN) que controla la formación de ácido ribonucleico (ARN). El proceso desde la transcripción del código genético en el núcleo a la traducción del código de ARN y la formación de proteínas en el citoplasma celular, se conoce como expresión genética.
Los genes en el núcleo celular controlan la síntesis de las proteínas.
En el núcleo celular hay un gran número de genes unidos por sus extremos, formando las moléculas de doble hélice largas de ADN que tienen un peso molecular que se mide por miles de millones.
Los compuestos químicos básicos implicados en la formación del ADN. Estos compuestos incluyen: el ácido fosfórico; el azúcar desoxirribosa, y cuatro bases nitrogenadas (dos purínicas, adenina y guanina, y dos pirimidínicas, timina y citosina).
Los nucleótidos se organizan para formar dos hebras de ADN unidas laxamente entre sí .
La importancia del ADN se debe a su capacidad para controlar la formación de las proteínas en la célula, que se consigue mediante un código genético. Es decir, cuando las dos hebras de la molécula de ADN se escinden quedan expuestas las bases purínicas y pirimidínicas proyectándose a un lado de cada hebra de ADN.
El código genético consta de «tripletes» sucesivos de bases, es decir, tres bases sucesivas componen una palabra del código. Los tripletes sucesivos controlan en último término la secuencia de aminoácidos en una molécula proteica que la célula debe sintetizar.
El código de ADN del núcleo celular se transfiere al código de ARN en el citoplasma celular: proceso de transcripción
El ADN se encuentra en el núcleo de la célula, pero la mayoría de las funciones de la célula se realizan en el citoplasma, debe haber algún mecanismo para que los genes de ADN del núcleo controlen las reacciones químicas del citoplasma. Este control se consigue mediante la intermediación de otro tipo de ácido nucleico, el ARN, cuya formación está controlada por el ADN del núcleo. El código se transfiere al ARN en un proceso que se conoce como transcripción. A su vez, el ARN se difunde desde el núcleo a través de los poros del núcleo al compartimiento citoplásmico, donde controla la síntesis proteica.
Durante la síntesis de ARN las dos hebras de la molécula de ADN se separan temporalmente y una de ellas se usa como plantilla para la síntesis de una molécula de ARN. Los tripletes del código del ADN provocan la formación de tripletes con un código complementario (o codones) en el ARN. A su vez, estos codones controlarán la secuencia de aminoácidos en una proteína que se va a sintetizar en el citoplasma celular.
Paulina Meses Lam 