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En el trabajo de esta unidad didáctica vas a colaborar con la CIENCIA. Sí, como lo lees: serás partícipe de un ambicioso proyecto de investigación, el proyecto AMILOIDE.

¿Cómo? Pues verás, es más sencillo de lo que parece.

El proyecto “AMILOIDE” está siendo desarrollado por los científicos del Grupo de Biología Estructural y Computacional del Centro de Neurociencia y Biología Ce-lular (CNC) de la Universidad de Coimbra. Están tratando de buscar entre millo-nes de posibles fármacos aquellos que puedan evitar la formación de amiloides causantes de las enfermedades neurodegenerativas. Es como buscar una aguja en un pajar. Lo hacen simulando por ordenador la interferencia del fármaco con la formación del amiloide. Para ello necesitan mucha memoria de computación y por eso este proyecto está encajado en la Plataforma de Computación Voluntaria Ibercivis.

Esta plataforma (Universidad de Zaragoza) acoge a todos aquellos ciudadanos que quieran donar la memoria de CPU de su ordenador a la ciencia para desarro-llar múltiples proyectos de investigación. El proyecto con el que vas a colaborar necesita mucha capacidad computacional para ensayar interacciones entre fár-macos y la formación de amiloides que causan enfermedades muy graves, casi siempre mortales y que van creciendo en número de pacientes en la actualidad. Y no te preocupes, usan la memoria de tu ordenador cuando tú no la necesitas y sin que tú notes nada en tu trabajo.

Además, en esta unidad vas a aprender muchas cosas sobre el funcionamiento normal del sistema nervioso humano, su anatomía básica y también los defec-tos más comunes de su funcionamiento como las enfermedades infecciosas o la esquizofrenia.

1. INTRODUCCIÓN

Hasta finales del siglo XIX se sabía muy poco sobre la estructura y funcionamien-to del sistema nervioso. Las teorías a cer-ca del sistema nervioso más aceptadas hasta este momento se denominaban “reticulistas” y sostenían que estaba for-mado por miles de millones de células, unidas unas a otras formando una maraña o red con multitud de prolongaciones que hacían que su estudio resultara muy difícil.

En 1985, Camilo Golgi, puso a punto una técnica de tinción del tejido nervioso que sin duda modificó para siempre las líneas de investigación en este tema. Em-

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pleando su técnica consiguió que sólo un pequeño grupo de células se tiñera al azar y por entero, permitiendo diferenciarlas de los tejidos que se encontraban alrededor. Fue la primera vez que pudieron verse las estructuras nerviosas.

Sin embargo el descubrimiento de la estructura del sistema nervioso se debe a los trabajos de un científico español, Santiago Ramón y Cajal, que mejoró las téc-nicas de Golgi y reveló que el sistema nervioso estaba formado por células sepa-radas, bien definidas y que se comunicaban entre sí a través de espacios vacíos. El investigador español decidió enfrentarse con su teoría “ antirreticulista” a los grandes científicos de la época, encontrando en Golgi su más firme detractor.

Los trabajos de Ramón y Cajal sobre el sistema nerviosos se vieron recompen-sados con la concesión en 1906 del premio Nobel de Fisiología y Medicina, que compartió con Golgi, a pesar de lo cual nunca respaldó las investigaciones de Ramón y Cajal.

Si quieres saber algo más sobre estos dos personajes haz clic aquí.

Ramón y Cajal1 Camilo Golgi2

2. EL SISTEMA NERVIOSO ES UN SISTEMA DE COORDINACIÓN

El hombre, para llevar a cabo los procesos propios de su actividad vital (di-gestión, movimiento, reproducción, la excreción de sustancias de desecho, etc.), necesita estar en constante relación tanto con el medio externo como con el interno.

Mediante la función del relación el hombre ,al igual que el resto de los seres vivos, recibe información y elabora respuestas.

Para llevar a cabo la función de relación en el ser humano es necesario disponer de un sistema de coordinación que nos permita detectar los cambios que se producen en el medio, analizarlos y responder ante ellos elaborando repuestas adecuadas. Esto se logra gracias a dos sistemas:

• Sistema nervioso: Está formado por tejido nervioso, elabora respuestas rápidas y poco duraderas. Actúa por medio de impulsos nerviosos, que se propagan a lo largo de los nervios.

• Sistema endocrino: Está constituido por glándulas endocrinas, elaboran respuestas muy lentas, pero duraderas. Actúa por medio de mensajeros quí-

1 http://es.wikipedia.org/wiki/Santiago_Ram%C3%B3n_y_Cajal2 http://www.iqb.es/historiamedicina/personas/golgi.htm

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micos, las hormonas, que viajan por la sangre hasta la célula u órgano sobre el que actúan.

Los dos sistemas dirigen y regulan todas las actividades corporales y se encuen-tran estrechamente relacionados, actuando de manera integrada.

Los elementos que intervienen en el proceso de coordinación son:

• Receptor: Es la estructura capaz de percibir los estímulos y transmitirlos a los centros nerviosos. Los órganos de los sentidos son receptores que cap-tan estímulos del exterior del organismo. Se denomina estímulo a cualquier cambio, tanto del exterior como del interior del cuerpo, capaz de provocar una respuesta del organismo. Puede ser un sonido, un olor, etc.

• Centro nervioso: Es el órgano encargado de recibir la información per-cibida por los receptores, procesarla y elaborar y transmitir una serie de respuestas a los órganos efectores.

• Efector: Es el órgano encargado de llevar a cabo la repuesta. Puede haber dos tipos de efectores que desarrollan dos tipos de respuestas distintas:

- Músculo: produce una respuesta motora, que implica un movimiento.- Glándula: provoca una respuesta secretora, consiste en la secreción de

alguna sustancia.

ACTIVIDAD 1Averigua cuanto sabes sobre la función de relación realizando el test que aparece en el siguiente enlace:

Función de Relación3

3. LOS COMPONENTES CELULARES DEL SISTEMA NERVIOSO

El sistema nervioso está formado por dos tipos de células: las neuronas y las células de la glía.

Para comprender la estructura y el funcionamiento del sistema nervioso resulta imprescindible estudiar cómo son estos dos tipos celulares:

3 http://catedu.es/chuegos/control/relacion.swf

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3.1. LA NEURONA

Son células especializadas que presentan una estructura muy peculiar en la que se distinguen los siguientes elementos:

• Las dendritas: son ramificaciones cortas y numerosas que se encargan de recibir información del entorno interno o externo, o de otras neuronas.

• El cuerpo celular o soma: contiene el núcleo y los orgánulos celulares y actúa como centro de integración, es decir, suma todas las señales que recibe y si la excitación es suficientemente elevada, iniciará una respuesta.

• El axón: una fibra larga y fina que transmite la señal producida cuyo ex-tremo final se ensancha y recibe el nombre de botón terminal. Normalmente sólo existe un axón en cada neurona, y puede medir más de un metro ( como ocurre en los axones de las neuronas motoras de la médula espinal que se extienden hasta el final de las extremidades).

Según la función que realicen las neuronas se pueden clasificar en:

• Neuronas sensitivas o aferentes: reciben información de los receptores y la transmiten a la región del sistema nervioso que se encarga de su proce-samiento.

• Neuronas de asociación: conectan unas neuronas con otras.

• Neuronas motoras o eferentes: transmiten las órdenes elaboradas hasta los órganos efectores ( músculos y glándulas).

1 cuerpo celular

2 dendritas

3 núcleo

4 aparto Golgi

5 cono axónico

6 cuerpos de Nissl

7 mitocondria

8 axón mielínico

9 células de Schwann

10 nódulo de Ranvier

11 colateral del axón

12 telodendro

13 botones terminales

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Para saber más acerca de la estructura celular de las neuronas haz clic aquí.

NEURONAS4

ACTIVIDAD 2Señala las respuestas correctas sobre las neuronas:

• Los axones emiten la información.• Las dendritas emiten la información.• Las dendritas contienen el núcleo celular.• Los axones reciben la información.

ACTIVIDAD 3Pon nombre a las estructuras numeradas:

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4 http://www.uc.cl/sw_educ/neurociencias/html/frame02.html

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3.2. CÉLULAS DE LA GLÍA

Son células que se encuentran inter-caladas entre las neuronas, a las que protegen, aíslan o alimentan. Las principales células gliales son:

1. los astrocitos que nutren a las neuronas

2. células de Schwann que se en-rollan alrededor del axón de determinadas neuronas, formando una cubierta aislante de mielina.

4. IMPULSO NERVIOSO Y SINAPSIS

4.1. IMPULSO NERVIOSO

Las neuronas pueden transmitir numerosos mensajes (cambios en el medio externo e interno, órdenes de movimiento hacia los músculos, etc.) Toda esta información se transmite en forma de se-ñales eléctricas que reci-ben el nombre de impulso nervioso. Pero ¿Cómo puede una neurona iniciar una corriente eléctrica?

El impulso nervioso va recorriendo la membrana plasmática de la neurona, y cuando llega al final del axón puede trans-mitirse a otra neurona.

La membrana plasmática, como la de to-das las células vivas, está polarizada, es decir su superficie interna tiene una di-ferencia de potencial con respecto al ex-terior, ya que las cargas eléctricas se re-parten de distinta forma dentro y fuera de la célula. De este modo, en el interior hay un predominio de cargas ( iones) negati-

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vas en relación con el exterior ( que tiene mayor concentración de iones Na+). Esta diferencia de potencial, de unos -70 mV, se denomina potencial de reposo.

Si un determinado estímulo en la neu-rona es eficaz, provoca una alteración en la permeabilidad de su membra-na que permite la entrada masiva de iones Na+ en ese punto e invierte la polaridad, que se hace positiva en el interior y negativa en el exterior. Este proceso llamado despolarización, se aprecia en una brusca variación del potencial de reposos ( desde unos – 70 mV hasta , aproximadamente + 30 mV), que se conoce como potencial de acción).

La despolarización perturba eléctricamente las neuronas adyacentes al punto donde se aplicó el estímulo y se propaga a lo largo de toda la neurona. Poste-riormente, la acción de las enzimas transportadoras que existen en la membrana extrae el Na+ y hace que se recupere el estado inicial punto por punto ( repo-larización). Estas enzimas se conocen como bombas de sodio Na+ /k +, ya que también participan iones k +.

Para entender como funciona la bomba de Na-K haz clic aquí5

Para que el estímulo recibido sea eficaz, ha de tener una intensidad mínima, llamada umbral de excitabilidad, por debajo de la cual no se inicia el impulso.

Si se alcanza el umbral, la velocidad de transmisión del estímulo no se incremen-ta por mucho que aumente la intensidad. Esta afirmación se conoce como la “ ley del todo o nada”, es decir, cuando un estímulo tiene la intensidad suficiente para iniciar un impulso, este se conduce independientemente de su naturaleza y de su intensidad, y la velocidad de propagación depende sólo del tipo de fibra nerviosa y de su diámetro (cuando mayor sea este mayor es la velocidad).

Después de iniciarse un impulso y durante cierto tiempo (0,5-2 ms), no puede comenzar otro (período refractario). Este periodo es el tiempo que tarda la neu-rona en recuperar su polaridad.

4.2. SINAPSIS

Un modo más divertido de ver como se mueven todos estos iones lo encontra-rás en el siguiente enlace o BIDI: Sinapsis6

5 http://hnncbiol.blogspot.com/2008/01/bomba-de-sodio-y-potasio.html6 http://www.youtube.com/watch?v=EdfQlKdU5nA&feature=related

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En el sistema nervioso las neuronas están separadas unas de otras por un peque-ño espacio denominados hendidura sináptica. El impulso nervioso que hemos visto cómo se genera y cómo se transmite a lo largo de la neurona en el apartado anterior puede transmitirse también a la siguiente neurona mediante un proceso conocido como sinapsis.

En el proceso de sinapsis se pueden distinguir varios elementos:

• Zona presináptica: Corresponde al axón de la neurona por la que llega la información.

• Zona postsináptica: Es la parte especializada de otra neurona a la que va destinada la información nerviosa.

• Hendidura sináptica: Es el espacio que separa ambas zonas.

La transmisión del impulso nervioso de una neurona a otra se produce graciasa la liberación en la hendidura sináptica de unas sustancias denominadas neuro-transmisores . Estas sustancias se produ-cen en unas vesículas producidas en la neurona presináptica denominadas ve-sículas sinápticas. Estas vesículas carga-das de neurotransmisores se acumulan en la zona terminal del axón ( los botones terminales, como el que ves en la figura).

La llegada de un impulso nervioso a tra-vés del axón de la neurona presináptica hace que las vesículas sinápticas liberen los neurotransmisores que contienen a la hendidura sináptica. Una vez allí di-funden hasta encontrar receptores específicos en la neurona postsináptica. Esto provoca en ella un cambio en el potencial de membrana, que si supera el umbral de excitación se propaga a través de toda la neurona postsináptica.

Aquí7 podrás ver una animación que describe este proceso.

Una vez que han actuado, los neurotransmisores son eliminados por enzimas producidas en la neurona postsináptica para que desaparezca la excitación.

Los neurotransmisores son moléculas químicamente muy diferentes y pueden actuar como activadores o inhibidores dependiendo de la neurona postsinática con la que contacte.

7 http://www.iqb.es/cbasicas/bioquim/cap9/movie01.htm

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ACTIVIDAD 4¿Sabrías decir cuantos grupos de neurotransmisores existen?¿Qué requi-sitos debe reunir una molécula para que sea considerada un neurotrans-misor?

En este enlace8 encontrarás mucha información sobre los neurotrans-misores que sin duda te resultará interesante.

Existen dos tipos de sinapsis:

• Sinapsis química: en este tipo de sinapsis los neurotransmisores son li-berados a la hendidura sináptica debido a una señal eléctrica (variación de cargas), esto hace que se libere una sustancia química (el neurotransmisor), que es capaz de generar nuevamente una señal eléctrica en la neurona post-sináptica. Se dice por tanto que este es un proceso electroquímico.

• Sinapsis eléctrica: Es un tipo de sinapsis frecuente en algunos inverte-brados en la cual el impulso nervioso de la neurona presináptica produce una despolarización suficiente en la neurona postsináptica. No intervienen neurotransmisores.

Cuando el impulso nervioso llega hasta el órgano efector (glándula o músculo) los neu-rotransmisores se liberan y entran en con-tacto con las células de éstos generan una respuesta, contracción si es un músculo o secreción si es una glándula.

5. ESTRUCTURA DEL SISTEMA NERVIOSO EN VERTEBRADOS

El sistema nervioso se divide en sistema nervioso central (SNC) y sistema nervio-sos periférico (SNP). El primero constituye los centros nerviosos superiores de integración, control y coordinación, mientras que el segundo está formado por las conexiones con los receptores y con los efectores.

El SNC está protegido por dos cubiertas: una ósea (el cráneo y la columna verte-bral) y otra membranosa, las meninges llamadas piamadre, aracnoides y dura-madre. Entre las dos primeras se encuentra el espacio subaracnoideo, por donde circula el líquido cefalorraquídeo.

8 http://www.iqb.es/cbasicas/bioquim/cap9/c9s01_31.htm#acetilcolina

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La estructura general del sistema nervioso podría resumirse en el siguiente cua-dro:

ESTRUCTURA DEL SISTEMA NERVIOSO

SISTEMA NERVIOSO CENTRAL

MÉDULA ESPINAL

ENCÉFALO TRONCO CERE-BRAL

MIELENCÉFALO

MESENCÉFALO

CEREBELO METENCÉFALO

CEREBRO DIENCÉFALO

TELENCÉFALO

SISTEMA NERVIOSO

PERIFÉRICO

SOMÁTICO NERVIOS CRANEALES

NERVIOS ESPINALES

AUTÓNOMO SIMPÁTICO

PARASIMPÁTICO

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5.1. SISTEMA NERVIOSO CENTRAL:

La función de los diferentes componentes del sistema nervioso central la resu-mimos a continuación:

ESTRUCTURA DEL SISTEMA NERVIOSO FUNCIÓN

ENCÉFALO CEREBRO DIENCÉFALO EPITÁLAMO:Regiónquecontienelaglándulapinealquesegregaunahormona llamadamelatoninacuya funciónes regular los ciclos circadianos. Esta glándula recibe elnombrede“tercerojo”enalgunosvertebradosinferioresporsufunciónfotorreceptora.

TÁLAMO:Esunazonadepasodelainformaciónyelcen-trodeinterpretacióndemuchosestímulossensitivosquevanhaciaelcerebro

HIPOTÁLAMO:regulalasensacióndesed,elequilibriohí-drico,elhambreylasaciedad,losimpulsossexuales, losritmosbiológicosydel sueño, reguladiferentesestadosemocionales y se relaciona con la hipófisis para la pro-ducciónyliberacióndehormonas.Delhipotálamoparteeltallohipofisarioqueconectaconlaglándulahipófosis.

TELENCÉFALO Analizalainformaciónsensorialyelcontroldelosmovi-mientosvoluntarios,lamemoriaylainteligencia

CEREBELO METENCÉFALO Componeelcentrodelequilibrio,delosreflejospostura-lesydelacoordinaciónmotora.

TRONCO CEREBRAL

MESENCÉFALO Enestazonasedesarrollanlostubérculoscuadrigéminosalosquelleganfibrasdelosnerviosópticosyauditivos,quehacensinapsisycontinúanhastaeláreacorrespon-dientedelacortezacerebral.

MIELENCÉFALO Controla muchas actividades vitales automáticas de lasvísceras, ya que contiene centros nerviosos encargadosde regular el latidodel corazón, el ritmo respiratorio, lacontracciónyladilatacióndelosvasossanguíneos,losre-flejosdedegluciónyelvómito.Aquíseproduceelcrucedemuchasvíasnerviosasqueunenelencéfaloylamédu-la.Debidoaestecruzamiento,elladoizquierdodelcere-brocontrolalasactividadesyrecibeinformacióndelladoderechodelcuerpo,yviceversa.

MÉDULA ESPINAL

EslapartemenosespecializadadelSNC.

Tienedosfuncionescaracterísticas:

- Seencargadeconducirlascorrientessensitivasdesdelosreceptoressensorialeshastaloscentrosnerviosos,yrespuestasmotoras,desdeestoshastalosórganosefectores.

- Elaboralosactosreflejos,repuestasinnatasyrápidasfrenteadeterminadosestímulos.Enlaelaboracióndenaactoreflejonointervienenloscentrosnerviososdelencéfalo.

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5.2. SISTEMA NERVIOSO PERIFÉRICO

Se forma a partir del SNC y su misión es conectar todos los receptores y efec-tores del organismo con los centros nerviosos. Está constituido por una parte aferente (está formada por neuronas que llevan la información desde los recep-tores al SNC) y otra eferente (con-duce las respuestas desde el SNC hasta los efectores).

Se pueden diferenciar dentro del SNP:

El sistema somático: inerva los músculos esqueléticos, que son de control voluntario. Las neuronas que constituyen esta parte del sis-tema nervioso periférico presentan sus cuerpos neuronales agrupados dentro del encéfalo (nervios cra-neales) y la médula (nervios ra-quídeos) y sus largos axones mie-línicos llegan hasta los músculos esqueléticos.

El sistema autónomo: es el encar-gado de regular las funciones que se realizan de forma involuntaria, es decir, el cerebro no tienen con-trol sobre él.

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En el SNA pueden diferenciarse dos sistemas:

1. Sistema nervioso simpático: Sus fibras salen de las regiones torácica y lumbar de la médula. Los ganglios, que se intercalan entre la fibra pregan-glionar y la posganglionar, se localizan cerca de la médula y a ambos lados de esta. Las fibras preganglionares son cortas, mientras que las posganglionares son largas.

2. Sistema nervioso parasimpático: Sus fibras salen del encéfalo y de la zona sacra de la médula. En él, los ganglios autónomos se sitúan cerca de los órganos efectores o incluso en ellos, por lo que se hallan dispersos y no se disponen en cadenas. Por esta razón, sus fibras preganglionares son largas, mientras que las posganglionares son cortas.

La mayoría de los órganos se encuentran inervados por fibras del sistema ner-vioso autónomo. Ambos sistemas suelen presentar funciones antagónicas. Su función más destacada es la de intentar mantener el medio interno lo más cons-tante posible, incluso en casos de ataque al organismo.

En general, el sistema nervioso simpático prepara al organismo para la acción en estados de urgencia, como la lucha, estrés, huida, etc. por ello aumenta la pre-sión sanguínea, los latidos, con el consiguiente consumo de energía. En cambio la acción del parasimpático se relaciona con el reposo ( disminuye la presión sanguínea, los latidos del corazón), son fenómenos que permiten la acumulación de energía.

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ACTIVIDAD 5Escribe el nombre de las partes indicadas.

ACTIVIDAD 6.Señala las respuestas correctas:

El encéfalo es:

• Es una parte del cerebro.• Es una parte del sistema nervioso periférico.• Es la zona más interna del cerebro.• Incluye al cerebro.

6. FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA NERVIOSO

El sistema nervioso central puede responder de dos modos diferentes según sea la naturaleza de los estímulos que recibe: de forma voluntaria o de forma refleja.

1 Actos voluntarios: Todos ellos se realizan bajo el control del cerebro. Los actos voluntarios son siempre una respuesta voluntaria y consciente. Cuando oímos un ruido realizamos un acto voluntario que consiste en mover la cabe-za hacia el lugar del sonido. La sucesión de acontecimientos que dan en este

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caso sería: el estímulo es recogido por el receptor, en este caso los oídos, se transmite por los nervios sensitivos hasta llegar al cerebro, sonde se analiza y se elabora una respuesta, como por ejemplo volver la cabeza.

La respuesta elaborada es enviada, en forma de impulsos nerviosos, desde el cerebro a través de los nervios motores a los músculos (efectores), quienes mueven la cabeza.

2 Actos reflejos: Los actos reflejos son respuestas involuntarias en cuya elaboración interviene la médula espinal. Cuando retiramos la mano al pin-charnos estamos realizando un acto reflejo. Estos actos se llevan a cabo me-diante una estructura ner-viosa llamada arco reflejo, en el que intervienen los siguientes elementos:

• Un receptor: capta el estímulo.

• Una neurona sen-sitiva, que lleva el impulso nerviosos desde el receptor hacia la médula es-pinal.

• Una neurona de asociación, situada en la médula, que pone en contacto la neurona sensitiva con la motora.

• Una neurona moto-ra, que conduce la respuesta hasta el efector.

• Un efector (músculo), que realiza el movimiento dando respuesta ( el músculo se contrae y retira el brazo)

7. ENFERMEDADES DEL SISTEMA NERVIOSO

Hoy en día existen numerosas enfermedades relacionadas con el funcionamien-to del sistema nervioso. Algunas son infecciosas, otras degenerativas, otras son traumatismos, trastornos psíquicos, etc. Vamos a centrarnos en algunas que son motivo de especial preocupación para la población actual como el Alzheimer o el Parkinson, la esquizofrenia, los traumatismos medulares y algunas infecciones.

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7.1. ESQUIZOFRENIA

Es un trastorno cerebral grave que afecta a la capacidad de la persona para pensar con claridad, controlar sus emociones, tomar decisiones o relacionarse con los demás.

La mayoría de las personas que sufren esquizofrenia tienen síntomas de la en-fermedad durante toda la vida. Se desconocen sus causas orgánicas. Sólo se ha relacionado con niveles altos de dopamina en el cerebro.

Esta enfermedad puede ser controlada mediante el uso continuado de ciertos fármacos pero no tiene cura definitiva en la actualidad.

ACTIVIDAD 7En esta página9 puedes informarte sobre este grave trastorno. Busca en ella:

1. el significado de la palabra esquizofrenia. 2. el porcentaje de personas que la padecen.3. la edad más frecuente a la que aparece la enfermedad.

7.2. ENFERMEDADES INFECCIOSAS

Son enfermedades causadas por diversos agentes infecciosos que afectan al sis-tema nervioso central. La mayoría están causadas por virus y bacterias, como la poliomielitis o las meningitis, pero últimamente se han descubierto nuevos agentes infecciosos denominados priones, íntimamente relacionados con los amiloides, que provocan enfermedades neurodegenerativas conocidas como en-cefalopatías espongiformes.

ENFERMEDADES INFECCIOSAS DEL S.N.C.

Enfermedad Agente causal Características

Poliomielitis Virusdelapolio

Elviruscausadestruccióndelasneuronasmotoras,produciendoparálisisyatrofiamuscular.

9 http://es.wikipedia.org/wiki/Esquizofrenia

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ENFERMEDADES INFECCIOSAS DEL S.N.C.

Enfermedad Agente causal Características

Meningitis

Virus Lameningitisesunainflamacióndelasmenin-gescausadaporvirusobacterias.Producefiebre,dolordecabeza,rigidezdecuello,dolordegargantayvómitos.Lascausadasporbacteriassetratanconan-tibióticosysuelensermásgravesquelasvíricas.

Bacter

ias

Neisseriameningitidis

Hemophilusinfluenzae

Streptococcuspneu-moniae.

Encefalopa-tíasespon-giformestransmisi-

bles

encefalopatíaespongiforme

bovina

scrapiedelasovejasycabras

enfermedaddeCreutzfeldt-

Jakob

Pinchaaquí10parasabermássobrelos

priones.

Losprionessonunaformaalteradadeunaproteínacelularnormalquehaper-didosufunciónoriginalyhaadquiridolacapacidaddetransformarlaformanormalenpatológica.Lapatologíasemanifiestaporlaacumulacióndepriones(proteínasamiloi-des).

Estasenfermedadessecaracterizanpordañosgravesneurológicosquellevanalamuerte.Loscerebrosdelosenfermosmuestranaspectodeesponjaporloshuecosdejadosporlasneuronasmuertas.

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ACTIVIDAD 8¿Conoces alguna otra enfermedad causada por priones? Explícala.

10 http://axxon.com.ar/rev/149/c-149Divulgacion.htm

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7.3. ALZHEIMER

Se trata de una enfermedad neurodegenerativa irreversible que comienza con pérdidas leves de memoria, orientación y razonamiento. A medida que la enfer-medad avanza, se producen dificultades con el lenguaje, incapacidad para seguir instrucciones, cambios de personalidad y comportamiento y termina con una grave incapacidad que termina postrando al enfermo hasta su muerte.

La incidencia de la enfermedad aumenta a medida que la población envejece, siendo más probable su aparición a partir de los 65 años. Fue descrita por pri-mera vez en 1906 por Alois Alzheimer estudiando un cerebro afectado. Descu-brió placas extracelulares y ovillos fibrosos intracelulares, una pérdida de masa cortical y de algunas zonas bajo la corteza. Todos estas características se obser-van en autopsias de cerebro de enfermos de Alzheimer.

La enfermedad de Alzheimer se caracteriza por la pér-dida de neuronas y sinapsis en la corteza cerebral y en ciertas regiones subcorticales, en particular de aquellas neuronas que utilizan acetilcolina como neurotransmi-sor. Esta pérdida resulta en una atrofia de las regiones afectadas, que son el hipocampo y las amígdalas. Estas áreas son las que gestionan nuestra memoria (lo que ex-plica los olvidos) y nuestra vida afectiva, es decir lo que nos relaciona con el mundo exterior y los demás (lo que explica el cambio de carácter y de personalidad y gran parte de las conductas incoherentes e ilógicas).

Más tarde se extienden a otras zonas de la corteza cerebral, en particular los lóbulos frontales que intervienen en la vida social y relacional.

Pero las causas de la enfermedad de Alzheimer no han sido completamente des-cubiertas. Las últimas hipótesis plantean la enfermedad como la vía final común de muchos trastornos de diversa índole, entre los que destacan:

• Toxinas, como los iones de aluminio.• Virus lentos aun por determinar.• Trastornos genéticos. Cada vez se detectan más genes implicados en la enfermedad.• En este enlace11 explican todo lo que se conoce actualmente sobre las posibles causas del Alzheimer

Lo que parece evidente es que la vía final de la enfermedad que conduce a la demencia está siempre relacionada con la aparición de cúmulos anómalos de

11 http://www.fundacionalzheimeresp.org/index.php?option=com_content&task=view&id=71&Itemid=137

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proteínas beta-amiloide12 y tau13 en el cerebro. Veamos algo más sobre estos dos componentes proteicos.

Los amiloides son proteínas fibrosas, transformadas a partir de la configuración globular, que son altamente estables y resistentes a las proteasas, por lo que se acumulan tanto en el medio intracelular como el extracelular.

Pincha aquí14 si necesitas recordar la naturaleza y estructura de las proteínas.

Beta-amiloide

El β-amiloide es un péptido de 39 a 43 aminoácidos de longitud, un fragmento de una proteína precursora denominada APP que es una proteína transmembra-na en muchas células del organismo y también del cerebro. La función de esta proteína de membrana es aún desconocida. El β-amiloide es el principal compo-nente de las placas seniles en el tejido cerebral y actualmente, se cree que esta molécula es la gran responsable de la cascada de eventos que se desencadena ésta enfermedad.

En el siguiente gráfico puedes observar la disposición transmembrana de la APP

y la posición intramembrana del β-amiloide. En los enfermos de Alzheimer la APP sufre una proteolisis anómala dando lugar a la aparición de este fragmento β-amiloide que se va acumulando en placas en los espacios extracelulares.

Revisa la estructura molecular del β-amiloide pinchando aquí15

Existen diversos tipos de proteínas amiloides relacionadas con distintas patolo-gías además del Alzheimer . ¿Quieres saber más sobre los amiloides?

Haz clic aquí16

Más enfermedades amiloides, aquí17

12 http://es.wikipedia.org/wiki/Beta-amiloide13 http://es.wikipedia.org/wiki/Tau_%28prote%C3%ADna%2914 http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/2bachillerato/biomol/contenidos14.htm15 http://es.wikipedia.org/wiki/Beta-amiloide16 http://redalyc.uaemex.mx/redalyc/pdf/579/57936307.pdf17 http://www.ibercivis.es/index.php?module=public&section=channels&action=view&id_channel=3&id_subchannel=122

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Proteínas tau

Son proteínas intracelulares que, en condicio-nes normales, funcionan ensamblando y esta-bilizando los microtúbulos del axón por inte-racción con la tubulina . En las neuronas, los microtúbulos son fundamentales para la movi-lidad intracelular de proteínas y orgánulos que hace que las neuronas funcionen correctamen-te.

Repasa la estructura de los microtúbulos y su composición en este enlace18.

En el Alzheimer, la función de las proteínas tau se halla alterada impidiendo la asociación de los microtúbulos y provocando una acumu-lación anómala insoluble de tau que bloquea el transporte de orgánulos y proteínas en el citoplasma neuronal. Las tau alteradas forman fibras insolubles que se unen unas con otras creando ovillos de neurofi-brillas, desintegrando el sistema de transporte de la neurona.

Las neuronas que sufren este proceso se localizan principalmente en el hipo-campo, corteza cerebral y amígdala al igual que los depósitos extracelulares de beta-amiloide.

7.4. POLINEUROPATÍA AMILOIDE FAMILIAR (PAF)

La Polineuropatía amiloide familiar (PAF), también conocida como amiloidosis o enfermedad de Andrade, es una enfermedad degenerativa que origina un trastorno del sistema nervioso periférico que se caracteriza inicialmente por los cambios en la sensibilidad a la temperatura y dolor en las extremidades inferio-res y progresa a un estado de debilidad física de todos los pacientes, con múlti-ples complicaciones. Hay varias focos de la enfermedad en el mundo, Portugal es uno de los principales. El PAF fue identificado en la década de 1950, por el Profesor Corino de Andrade (1906-2005), y desde entonces los esfuerzos para caracterizar la enfermedad y la búsqueda de soluciones terapéuticas para los científicos portugueses y otros alrededor del mundo han sido constantes.

Es una enfermedad autosómica dominante, progresiva e invalidante que se ca-racteriza por el depósito de material amiloide, cuyo principal componente es una variante mutada de la proteína transtiretina (TTR). Los depósitos afectan a las terminaciones nerviosas de los nervios periféricos, al corazón, al hígado y los

18 http://web.educastur.princast.es/proyectos/biogeo_ov/2BCH/B2_CELULA/t23_CI-TOESQU/diapositivas/Diapositiva14.JPG

Imagen microscópica de un enre-do neurofibrilar, conformado por

una proteína tau alterada.

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riñones, impidiendo su normal funcionamiento y pudiendo causar la muerte a edades tempranas.

El único tratamiento que, hasta ahora, ha demostrado ser eficaz contra la PAF es el trasplante hepático, ya que este órgano es el principal lugar de síntesis de la proteína transtiretina (TTR).

El proyecto Amiloide de Ibercivis trata de buscar una alternativa al trasplante hepático que consiste en la búsqueda de compuestos que estabilicen la forma tetramérica normal (no tóxica) de la proteína transtiretina (TTR), inhibiendo así la formación de amiloide

7.5. PARKINSON

La enfermedad de Parkinson es un trastorno neurodegenerativo crónico produ-cido a consecuencia de la destrucción de las neuronas pigmentadas de la sus-tancia negra19.

Los síntomas más evidentes son trastornos del movimiento, pero también desen-cadena alteraciones en las funciones cognitivas, en la expresión de las emocio-nes y en las funciones autónomas.

Esta enfermedad representa el segundo trastorno neurodegenerativo por su fre-cuencia, después de la enfermedad de Alzheimer. Sus causas son desconocidas y produce, con el tiempo, una incapacidad progresiva del paciente. Se han obser-vado agregados amiloides de origen desconocido en la enfermedad de Parkin-son, similares a los encontrados en el Alzheimer.

La sustancia negra es una zona de unión del cerebro con la médula espinal, en el tronco del encéfalo. Recibe este nombre por que sus neuronas son oscuras a consecuencia de la fabricación de melanina, un pigmento oscuro que también da color al pelo y a la piel. Esta zona controla los movimientos y el tono mus-cular. En la enfermedad de Parkinson este núcleo palidece por la muerte de sus neuronas.

Mesencéfalo: sustancia negra L-TIROSINA

19 http://es.wikipedia.org/wiki/Sustancia_negra

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La desaparición de las neuronas de la sustancia negra hace que, además de la melanina, baje mucho la producción del neurotransmisor dopamina. Ambas sustancias, melanina y dopamina son derivados del aminoácido L-tirosina.

Para saber más sobre los aminoácidos pincha aquí20 .

8. LA CIENCIA NECESITA TU ORDENADOR

Actualmente, las enfermedades amiloides no tienen cura. Sin embargo, en el caso de la enfermedad de Alzheimer, existen varios medicamentos que alivian los sín-tomas y reducen el ritmo de progresión de la enfermedad. En el caso de PAF, el único tratamiento que, hasta ahora, ha demostrado ser eficaz es el trasplante hepático, ya que este órgano es el principal lugar de síntesis de proteínas (TTR, transtiretina) responsable de la formación de amiloide en esta enfermedad.

El proyecto Amiloide desarrollado sobre la plataforma de Computación Volunta-ria Ibercivis pretende buscar compuestos que puedan interferir con la formación de agregados y fibrillas de amiloide en enfermedades neurodegenerativas como el PAF y la enfermedad de Alzheimer.

Los investigadores del Centro de Neurociencia Computacional y Biología Ce-lular (CNC) de la Universidad de Coimbra (http://www.cnbc.pt/) necesitan una gran capacidad de cómputo para determinar la afinidad molecular entre la proteína implicada en la formación de los amiloides y cada uno de los miles de sustancias candidatas a actuar como potenciales fármacos.

Es en este punto en el nosotros estamos colaborando ayudando a la ciencia a encontrar medicamentos que alivien los padecimientos de miles de personas en el mundo afectadas por estas enfermedades cediendo parte de la potencia de nuestros ordenadores del centro.

20 http://proteinas.org.es/aminoacidos

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9. ACTIVIDADES FINALES

ACTIVIDAD 9Realiza este test de auto evaluación pinchando aquí 21

ACTIVIDAD 10Realiza la siguiente actividad22

ACTIVIDAD 11Realiza la siguiente actividad de forma interactiva pinchando en el si-guiente enlace23:

CRUCIGRAMA

1

2

3

4

5

6

7

8

10 9

21 http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/1bachillerato/animal/actividades/act6.htm22 http://www.barcarrota2011.es/sn/index.php?option=com_wrapper&view=wrapper&Itemid=69&lang=es23 http://www.barcarrota2011.es/sn/index.php?option=com_wrapper&view=wrapper&Itemid=70&lang=es

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DEFINICIONES

1. Sustancia química que comunica una neurona con la siguiente

2. Tipo de efector que produce una respuesta secretora.

3. Conjunto de células que acompañan a las neuronas.

4. Científico español que descubrió la individualidad de las neuronas

5. Centro nervioso que discurre entre las vértebras

6. Partícula proteíca infecciosa que causa encefalopatías espongiformes

7. Conexión nerviosa entre neuronas

8. Tipo de neurona eferente que lleva la respuesta a los efectores.

9. Ser acelular infeccioso parásito celular obligado

10. Parte de la neurona por donde viaja el impulso nervioso hasta la neurona siguiente.

10. BIBLIOGRAFÍA

Las páginas web que hemos utilizado en la elaboración de esta unidad didáctica son:

http://proteinas.org.es/aminoacidos

http://axxon.com.ar/rev/149/c-149Divulgacion.htm

http://es.wikipedia.org/wiki/Esquizofrenia

http://www.alzheimer-online.org/

http://www.fundacionalzheimeresp.org

http://redalyc.uaemex.mx/redalyc/pdf/579/57936307.pdf

http://es.wikipedia.org/wiki/Santiago_Ramón_y_Cajal

http://www.iqb.es/historiamedicina/personas/golgi.htm

http://miclase.wordpress.com/2009/09/02/la-funcion-de-relacion/

http://www.uc.cl/sw_educ/neurociencias/html/frame02.html

http://www.youtube.com/watch?v=Ow2rsSaKaYk&NR=1

http://hnncbiol.blogspot.com/2008/01/bomba-de-sodio-y-potasio.html

http://www.youtube.com/watch?v=EdfQlKdU5nA&feature=related

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http://www.iqb.es/cbasicas/bioquim/cap9/movie01.htm

http://www.iqb.es/cbasicas/bioquim/cap9/c9s01_31.htm#acetilcolina

http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/

Además hemos consultado los siguientes recursos bibliográficos:

• Tratado de fisiología médica. A.C. Guyton. Editorial: Interamericana.

• Atlas de Anatomía humana. Sobotta. Editorial: Panamericana.

• Biología Celular y molecular. Darnell, Lodish, Baltimore. Editorial: Omega

• Biología. Curtis, Barnes. Editorial: Panamericana.

• Microbiología: Stanier, Ingraham,Wheelis, Painter. Editorial: Reverté, s.a.

• Biología y Geología 1º de Bachillerato. Proyecto Tesela. Editorial: Oxford

• Biología y Geología 1º de Bachillerato. .Editorial: Edelvives.

• Biología y Geología 1º de Bachillerato. .Editorial: Mc Graw Hill

• Biología 2º Bachillerato. Editorial: Oxford.

• El cerebelo. Setlef Heck y Fahad Sultan. Investigación y Ciencia Abril 2002.

• Bases bioquímicas de la esquizofrenia. Mente y cerebro. Investigación y Ciencia. Nº 44 2010.

• Descubrimiento del alzheimer. Mente y cerebro. Investigación y Ciencia. Nº 44 2010.

• Anticiparse al alzheimer. Stix, Gary. Investigación y Ciencia Agosto 2010