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NOCIONES QUÍMICAS BÁSICAS
Materia, átomos y moléculas
Todas las cosas que forman nuestro planeta Tierra son entidades materiales.
Materia es todo lo que ocupa espacio y manifiesta una resistencia a ser movido, es
decir, tiene inercia.
Desde el punto de vista químico, la materia está constituida por combinaciones de
elementos. En la Tierra existen 92 tipos distintos de elementos naturales, que van desde
el hidrógeno, el más simple, hasta el uranio, el más complejo.
La partícula más pequeña de un elemento es un átomo, unidad estructural que
conserva las propiedades químicas de aquél. Cuando se combinación átomos diferentes
constituyen un compuesto químico. La Tierra y todos sus componentes, incluido el
hombre, están constituidos por numerosísimos átomos.
La menor partícula de un compuesto químico que conserva la misma composición
química e idénticas propiedades consiste en una molécula. Las moléculas se representan
con símbolos por medio de una fórmula química. Los símbolos que se usan para
identificar a los elementos se deben al químico sueco Jöns Jacob Berzelius quien,
alrededor de 1807, sugirió que fueran designados por medio de símbolos y que para ello
se utilizara la primera letra de su nombre en latín, y que cuando dos elementos distintos
comenzaran con la misma letra, se usara la segunda también para diferenciarlos.
Símbolo Elemento Símbolo Nombre en
latín
Nombre en
castellano
C
Ca
Cl
Co
Carbono
Calcio
Cloro
Cobalto
Cu
Fe
Na
K
Cuprum
Ferrum
Natrium
Kalium
Cobre
Hierro
Sodio
Potasio
Las fórmulas químicas indican los elementos que intervienen en un compuesto
químico y su proporción. Ejemplificando, el agua está formada por dos átomos de
hidrógeno y uno de oxígeno, y su fórmula química es H2O.
Teniendo en cuenta lo expuesto, obsérvese los compuestos registrados en el
cuadro adjunto:
Compuesto Fórmula química Composición química
Dióxido de carbono
Monóxido de carbono
Cloruro de sodio
Glucosa
CO2
CO
NaCl
C6H12O6
Un carbono y dos oxígenos
Un carbono y un oxígeno
Un sodio y un cloro Seis carbonos, doce hidrógenos y seis oxígenos
El término “molécula” proviene del diminutivo en latín moles, que significa
“masa pequeña”. Hasta que se descubrió el átomo, a principios del siglo XX, se creía
que la molécula era la más pequeña unidad indivisible de una sustancia. En realidad,
este concepto no es erróneo ya que si la molécula se divide pierde su identidad. Es el
caso de la glucosa o del dióxido de carbono, moléculas que al dividirse en átomos
pierden sus características químicas y dejan de ser glucosa o dióxido de carbono.
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Estructura del átomo
El átomo tiene una estructura subatómica, ya que en su interior posee un núcleo
formado por neutrones, que son partículas sin carga eléctrica neta, y protones, que
tienen carga positiva. Alrededor del núcleo se mueven rápidamente en distintas órbitas
partículas con carga eléctrica negativa, llamadas electrones. Los electrones determinan
las propiedades químicas de los átomos.
Átomo de hidrógeno (deuterio). Constituido por
un núcleo formado por un neutrón (partícula
material sin carga neta) y un protón (partícula
con carga positiva), y rodeando a dicho núcleo
un electrón (partícula con carga negativa).
Cada elemento tiene un número fijo de protones en el núcleo atómico que recibe
el nombre de número atómico. Y como el átomo es eléctricamente neutro, el número de
electrones es igual al número de protones.
El peso atómico de un elemento es la suma de protones y neutrones del núcleo
atómico, puesto que los electrones son tan livianos que su peso no se considera. Por
ejemplo, el peso atómico del hidrógeno, que no contiene neutrones, es 1; mientras que
el peso atómico del carbono es 12 (su núcleo contiene 6 protones + 6 neutrones).
Isótopos
Todos los átomos de determinado elemento tienen el mismo número de protones
en su núcleo, pero en algunos casos diferentes átomos del mismo elemento contienen
distinto número de neutrones, por lo cual, si bien el número atómico es el mismo –y es
el número que identifica al átomo como de un elemento determinado–, el peso atómico
varía. Estos átomos se conocen con el nombre de isótopos. El hidrógeno común, cuyo
número atómicos es 1 porque tiene un protón, y su peso atómico también es 1 porque no
tiene neutrones, posee dos isótopos: el deuterio y el tritio, cuyos símbolos son 2H y
3H,
respectivamente. Si bien el número atómico del deuterio es 1, el peso atómico es 2
porque contiene además un neutrón, y el tritio también tiene el mismo número atómico,
pero el peso atómico es 3 porque además del protón posee dos neutrones. El
comportamiento químico de los isótopos es igual al del hidrógeno normal porque los
tres tienen un solo electrón, y son estas partículas las que determinan las propiedades
químicas de los elementos.
Muchos isótopos son radiactivos, debido a cambios que se producen en el núcleo
del átomo con liberación de energía. Los isótopos son utilizados en investigaciones
biológicas y en medicina. En el primer caso se usan para determinar la edad de los
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fósiles y de las rocas que los contienen, y en medicina se utilizan para el tratamiento de
distintas formas de cáncer y para el diagnóstico de algunas enfermedades.
La energía de los electrones
Los electrones de un átomo tienen diferentes cantidades de energía, y ésta
depende de la distancia a que se encuentre el electrón del núcleo. Los electrones más
cercanos al núcleo contienen menos energía que los más alejados, que se encuentran en
un nivel energético muy alto. Los electrones tienden a ubicarse en los niveles de energía
más bajos porque de esa manera se logra un átomo más estable. Para alcanzar esta
estabilidad los átomos producen reacciones químicas durante las cuales se libera
energía.
Una reacción química consiste, entonces, en un intercambio de electrones entre
átomos. Un ejemplo muy conocido es el que ocurre durante la fotosíntesis en el interior
de los cloroplastos en las células verdes de las plantas, específicamente en las moléculas
de clorofila: la energía solar eleva los electrones a un nivel energético más alto y en las
compleja series de reacciones químicas que se producen durante este proceso vuelven a
sus niveles originales, de modo que durante estas reacciones la energía solar se
transforma en energía química, de la cual dependen todas los seres vivos.
Enlaces químicos
Los átomos que constituyen las moléculas de un compuesto se mantienen unidos
por enlaces químicos. Cada átomo tiene cierto número de enlaces, mediante los cuales
puede unirse a otros átomos.
Existen dos tipos de enlaces: el iónico y el covalente. Los enlaces iónicos se
forman por la atracción de partículas con carga eléctrica opuesta (protones y electrones),
al saltar un electrón de un átomo al otro. Estas partículas se conocen con el nombre de
iones. En los enlaces covalentes el átomo completa su nivel de energía compartiendo
electrones con otro átomo. En esta caso la órbita nueva que realizan los electrones gira
alrededor de los dos átomos que configuran la molécula.
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ESTRUCTURA DE LA CÉLULA
Fisiológicamente es una unidad indivisible, pero morfológicamente, y para su
mejor estudio, podemos considerar dos zonas bien diferenciadas: el citoplasma y el
núcleo o carioplasma.
Citoplasma
Constituye la parte fundamental del protoplasma, y representa la porción mayor
de la célula. Es una masa viscosa y heterogénea que rodea al núcleo. En ella se
distinguen dos zonas: el ectoplasma, plasmagel o corteza, más gelificado y rígido, y el
endoplasma o plasmasol, menos viscoso y con gránulos, que ocupa la región interna, en
torno del núcleo.
Gracias al microscopio electrónico, sabemos que el citoplasma posee una
organización compleja y que contiene diversas estructuras especializadas. Esas
estructuras son de dos tipos: los organoides o elementos constantes y las inclusiones o
elementos no constantes. La parte del citoplasma en que se hallan dispersos estos
componentes se denomina hialoplasma o matriz citoplasmática. La parte del citoplasma
en contacto con el medio ambiente forma una membrana, la membrana plasmática.
Membrana plasmática
También llamada citoteca, está presente en todas las células. Como es
extremadamente delgada (1/100 de micrón, ), resulta invisible con el microscopio
óptico y debe recurrirse al microscopio electrónico para su observación. En éste aparece
constituida por tres capas: dos capas densas de naturaleza proteica que encierran una
capa clara central y doble, de naturaleza lipídica.
La membrana plasmática puede sufrir múltiples variaciones en relación con los
diversos procesos fisiológicos. En algunas células presenta modificaciones como poros,
vellosidades, pestañas, cilios, etc., que le permiten adherirse a otras células.
Funciones. Limita y protege a la célula.
Permite el paso de sustancias nutritivas por ósmosis y en forma selectiva,
haciéndose permeable o semipermeable, según las necesidades de la célula. Por eso es
una parte vital y funcional, de extrema importancia para regular el contenido celular,
cuya actividad estudiaremos más adelante.
Permite la penetración y la eliminación de sustancias (absorción y excreción,
respectivamente).
Las células vegetales en su gran mayoría poseen externamente a la membrana
plasmática una envoltura más gruesa y no viviente, secretada por el protoplasma, que se
denomina pared celular. Cumple funciones puramente mecánicas como protección y
sostén. Está formada por una lámina de sustancia mucilaginosa o pectina que la une a
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las células vecinas y membranas de celulosa que le otorgan rigidez. Su espesor varía
según la edad: en las células vegetales jóvenes es delgada y predomina la pectina; las
células adultas están engrosadas por celulosa y en algunos casos por lignina (madera).
Para permitir el pasaje de sustancias de una célula a otra la pared celular presenta gran
número de perforaciones.
Organoides
Son elementos constantes del citoplasma que cumplen un importantísimo papel en
la vida celular. Su función es bien definida. Ellos son:
Mitocondrias. Corpúsculos membranosos con una organización interna definida
pero compleja, que se encuentran dispersos en el citoplasma. También reciben el
nombre de aparato mitocondrial o condrioma.
Fueron observadas por primera vez en 1894 por Altmann, y llamadas así por
Benda en 1897. Al examinarlas con el microscopio óptico, se presentan como gránulos
de 2 a 3 , mientras que con el microscopio electrónico son perfectamente visibles
como organoides redondeados (mitocondrios) o alargados (condriocontos), limitados
por una doble membrana, químicamente igual a la membrana plasmática (de naturaleza
lipoproteica).
La membrana interna emite hacia el interior unas crestas de longitud, forma y
orientación variables.
Contienen numerosas enzimas y representa bioquímica la “central eléctrica” que
proporciona a la célula la energía necesaria para su funcionamiento. Además de las
enzimas, acumulan proteínas, lípidos, compuestos metabólicos, etc.
Generalmente se concentran en la parte del citoplasma con mayor actividad
metabólica.
La abundancia varía según el tipo de célula.
Funciones. 1º Su función principal es la de transformar la energía química,
liberándola, acumulándola o potencializándola. Gracias a las crestas mitocondriales, la
superficie de reacción química es enorme. 2º Intervienen en el metabolismo (=
transformación) de los hidratos de carbono, las proteínas y los lípidos.
Retículo endoplásmico. Es una red de canalículos y vesículas localizadas en el
citoplasma que presentan mayor desarrollo en el endoplasma (de ahí deriva su nombre).
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La membrana que limita a los componentes de este sistema es químicamente similar a la
membrana plasmática.
Algunos poseen una superficie lisa y uniforme: es el retículo endoplásmico liso o
agranular, mientras que otros presentan una superficie rugosa porque en su cara externa
se adhieren partículas, llamadas ribosomas o gránulos de Palade, en honor a su
descubridor: es el retículo endoplásmico rugoso o granular (ergastoplasma).
Los últimos estudios han demostrado el importante papel que desempeñan los
ribosomas en la síntesis de las proteínas: preparan las que reemplazarán a las
consumidas por las células. Las enzimas que intervienen en todos los procesos químicos
de la célula son proteínas formadas por los ribosomas.
Funciones. 1º Transporta y distribuye dentro de la célula las sustancias elaboradas
por ésta. 2º Origina las membranas nucleares y plasmáticas de las células hijas.
Aparato reticular interno o complejo de Golgi. Este organoide, que se localiza
cerca del núcleo, fue observado por Golgi en 1898 en células nerviosas. En su estructura
intervienen sacos aplanados, vacuolas y vesículas que se comunican permanente o
temporalmente con la membrana nuclear y con el retículo endoplásmico, con el que se
confundía hasta la invención del microscopio electrónico.
En las células vegetales, con excepción de bacterias, hongos y algas, el complejo
de Golgi es sustituido por un aparato reticular rudimentario llamado golgiosoma o
dictiosoma formado por sacos aplanados superpuestos con numerosas vesículas.
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Función. Aún no se ha determinado bien, pero participa en la acumulación de
productos elaborados por la célula.
Centro celular. Visto con el microscopio óptico presenta una granulación central
doble, el centriolo, rodeado de una zona clara o microcentro y de una zona densa o
centrosfera, de la que parten irradiaciones llamadas áster. Al microscopio electrónico la
parte central o centriolo aparece formado por dos cilindros dispuestos en ángulo recto,
constituido cada uno por nueve túbulos más pequeños.
Se presenta en todas las células animales y en las células de vegetales inferiores,
pero carecen de él las células de los vegetales superiores.
Función. Interviene activamente en la división celular somática o mitosis.
Lisosomas. Son organoides de morfología variable, los cuales contienen enzimas
que participan en los procesos de digestión celular, y en la fagocitosis (propiedad
mediante la cual las células digieren cuerpos extraños).
Plástidos. Son organoides típicos de las células vegetales (excepto algas
primitivas, hongos y bacterias) que, junto con las mitocondrias, intervienen en los
procesos energéticos suministrando la energía necesaria para la realización de la
mayoría de las actividades celulares.
Hay gran variedad de plástidos, que se diferencian tanto por su morfología como
por su función. Teniendo en cuenta su coloración, los podemos dividir en: incoloros o
leucoplastos o con color o cromoplastos.
Los leucoplastos son pequeños plástidos que carecen de pigmentos. Se desarrollan
en células vegetales que crecen en la oscuridad o en lugares poco iluminados. Son
elementos almacenadores que, según las sustancias que acumulan, se denominan
amiloplastos (almidón), elaioplastos (aceites) y aleuronoplastos o proteinoplastos
(proteínas).
Los cromoplastos contienen pigmentos que les dan color a las células. Los más
importantes son los cloroplastos, que se caracterizan por la presencia de un pigmento
verde, la clorofila, que actúa como intermediario en el proceso de fotosíntesis. Otros
cromoplastos contienen pigmentos “no fotosintéticos”, químicamente derivados del
caroteno (pigmento amarillo-rojo-anaranjado), muy común en flores y frutos, en hojas
secas (xantofila), en el tomate (licopeno), en la raíz de la zanahoria, etc. Los
cromoplastos generalmente se originan a partir de los cloroplastos, por sustitución
parcial o total de la clorofila por otros pigmentos no verdes.
Vacuolas. Soncavidades envueltas en membranas lipoproteicas, que se hallan
preferentemente en el citoplasma de células vegetales. En las células vegetales jóvenes
son escasas y pequeñas, pero a medida que aquéllas envejecen, se agrandan y forman
una vacuola única que ocupa casi todo el espacio celular.
La membrana vacuolar evita que su contenido se mezcle con el citoplasma. El
contenido vacuolar es muy variado. Puede contener sustancias minerales (cloruros,
nitratos, fosfatos), ácidos, glúcidos, taninos, pigmentos, proteínas, alcaloides (morfina,
atropina), etc.
En las células animales las vacuolas cumplen funciones muy específicas, como las
vacuolas alimenticias, digestivas, excrementicias y pulsátiles de los protozoos. En otros
casos reservan sustancias como glucógeno (= almidón animal).
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Función. En general acumulan sustancias.
Inclusiones o paraplasma
Son elementos inconstantes o transitorios que se encuentran en el citoplasma.
Carecen de estructura y composición química definidas, porque su origen es muy
variado.
Pueden ser productos de excreción y secreción, pigmentos sintetizados por el
organismo (hemoglobina, bilirrubina, melanina), sustancias de reserva (almidón,
glucógeno, grasas, aceites), material fagocitado, sustancias anormales acumuladas
(polvo de carbón, depósitos de hierro) o sustancias alimenticias almacenadas (grasa de
las células adiposas).
Las inclusiones se diferencian de los organoides porque no forman parte de la
materia viva o protoplasma y no son esenciales para la vida.
Núcleo o carioplasma
Es constante en todas las células vivientes. Rige la actividad celular e interviene
directamente en funciones anabólicas (de crecimiento) y de reproducción. Fue
descubierto por Robert Brown en 1831.
Forma. Es variable, pero la más frecuente es la esférica (isodiamétrica).
Ubicación. Generalmente se encuentra en el centro de la célula, donde existe
mayor actividad.
Estructura. Externamente presenta una membrana nuclear o carioteca, que está
presente en todas las células vegetales y animales, excepto en las algas azulverdosas y
en las bacterias. Al mismo tiempo que separa al núcleo del citoplasma, esta membrana
regula el pasaje de sustancias a través de poros que presenta de trecho en trecho. Es
doble, lo mismo que la de los organoides, y de naturaleza química lipoproteica.
En su interior se encuentra un jugo incoloro, homogéneo y viscoso, llamado
cariolinfa, nucleoplasma o jugo nuclear que baña a la cromatina y al nucléolo.
La cromatina está formada por filamentos presentes en la célula entre dos
divisiones sucesivas (etapa de interfase) porque durante la división celular mitótica se
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enrollan en espiral formando los cromosomas. Es decir la cromatina es la materia prima
que constituye a los cromosmas.
El nucléolo es un corpúsculo esférico y brillante que se encuentra en casi todas las
células vegetales y animales, y que interviene en la síntesis de las proteínas. Su número
varía entre uno y tres.
Entre el núcleo y el citoplasma existe un equilibrio determinado por el constante
intercambio de sustancias a través de la membrana nuclear.
Cromosomas
Estos componentes nucleares fueron denominados así por Waldeyer, en 1888. Se
ven con nitidez únicamente durante la división celular porque en la interfase, como ya
vimos, se presentan como filamentos y gránulos que forman un retículo o red de
cromatina.
Estructura. Durante la división la red de cromatina se espiraliza y forma la
estructura que conocemos como cromosomas. Cada cromosoma está compuesto por dos
filamentos arrollados en espiral, los cromonemas, que lo recorren en toda su extensión.
Aproximadamente en la mitad de su longitud poseen una esferita clara, el centrómero,
que lo divide en dos brazos o telómeros. En las células vegetales el centrómero origina
el huso.
Número de cromosmas. Varía según la especie, pero es constante para todos los
organismos de una misma especie.
Todas las células de un organismo poseen el mismo número de cromosomas
(número diploide), excepto las células sexuales (grano de polen y óvulo en las plantas
con flores; anterozoide y oosfera en las plantas sin flores; espermatozoide y óvulo en los
animales, incluso el ser humano) en que el número cromosómico se reduce a la mitad
(número hapoloide) porque al unirse ambas células para constituir la “célula huevo”,
forman el número normal de cromosomas que caracteriza a la especie.
El número de cromosomas es variable. El mayor número registrado hasta ahora es
de 1.600 cromosomas que presentan las células de un animal unicelular marino
microscópico (protozoo), y el menor número es de 2, que poseen las células de un
nematelminto (gusano). En la mayor parte de las especies, el número cromosómico
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oscila entre 10 y 50, siendo excepcionales las células que contienen más o menos que
éstos.
Ultraestructura. Los cromosomas están formados por moléculas gigantes
llamadas nucleoproteínas, que a su vez están constituidas por un ácido nucleico y una
proteína. El ácido nucleico es el ADN y forma los filamentos del cromosoma.
Los cromosomas siempre existen por pares, e invariablemente hay dos de cada
clase. Los que forman un par idéntico se llaman cromosomas homólogos o autosomas.
Aquellos en que los elementos del par son diferentes se denominan cromosomas
heterólogos o gonosomas; es el caso de los cromosomas sexuales. En el hombre las
células del cuerpo o somáticas tienen 46 cromosomas (23 pares), de los cuales 44 (22
pares) son autosomas y 2 (1 par) son gonosomas.
Función de los cromosomas. La función consiste en asegurar una repartición
equitativa de la información hereditaria que se encuentra almacenada en el código
genético el ADN en las dos células hijas que resultan de la mitosis.
La información hereditaria trasmitida por el ADN es recibida por otro ácido
nucleico, el ARN, también presente en la célula. Como este ácido pasa de un individuo
al otro a través de la reproducción, los caracteres de los progenitores se trasmiten a la
descendencia y los cromosomas se constituyen así en el eslabón físico entre las
generaciones sucesivas, lo que se conoce como continuidad genética de la vida.
RESUMEN
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ACTIVIDADES DE LA MEMBRANA CELULAR
La presencia de esta membrana es indispensable en todas las células para que
puedan desarrollar una vida propia. Como ya vimos, la membrana presenta una
estructura trilaminar, es decir, formada por dos capas de proteínas que encierran una
doble capa de lípidos (proteína-lípidos-proteínas), y no es continua porque posee
diminutos poros que facilitan el intercambio de sustancias con el medio.
Esta membrana no permite el paso de cualquier sustancia, sino que selecciona las
que le son necesarias. Se dice que una membrana es “permeable” cuando permite el
paso de cualquier sustancia, y que es “impermeable” cuando no permite el paso de
ninguna sustancia. Si la membrana controla el ingreso y la salida de sustancias, como en
el caso de la membrana celular, se dice que es semipermeable o de permeabilidad
selectiva.
Las células vivas cumplen el transporte de sustancias gracias a dos fenómenos
físicos: difusión y ósmosis.
La difusión es el desplazamiento de las moléculas que componen una sustancia,
en forma homogénea y en todas direcciones por todo el espacio disponible. Por ejemplo,
cuando se deja caer un terrón de azúcar en un recipiente con agua (1) sus moléculas se
dispersan uniformemente (2). Si introducimos otra sustancia, como por ejemplo sal (3),
sus moléculas se dispersan independientemente de las anteriores (4).
La difusión de agua a través de una membrana permeable o semipermeable se
denomina ósmosis, y la difusión de una sustancia disuelta recibe el nombre de diálisis.
La ósmosis y la diálisis son dos formas de difusión.
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Los procesos de permeabilidad selectiva enumerados que se cumplen a través de
la membrana plasmática son movimientos pasivos, porque tienen lugar desde un lugar
de mayor concentración hacia otro de menor concentración y sin gasto de energía. Pero
a través de la membrana plasmática también se producen movimientos activos, que
consisten en la entrada o salida de sustancias de la célula de un lugar de baja
concentración a otro lugar de alta concentración, con gasto de energía para ir,
precisamente, en contra de ese gradiente de concentración.
Procesos de transporte pasivo y activo
En las células vegetales, a medida que el agua entra, el protoplasma se comprime
contra la pared celular produciéndose una presión interna denominada presión de
turgencia. Se dice entonces que la célula está turgente. Pero si el líquido que rodea a la
célula tiene mayor concentración de sales o azúcares que el contenido celular, el agua
que ésta contiene se difunde hacia fuera por el proceso de difusión. Es decir, que pasa
de un lugar de alta concentración de agua a otro de concentración más baja; entonces la
presión de turgencia desaparece porque el contenido celular al perder agua deja de
presionar la pared y, por el contrario, se contrae separándose de ella. En este proceso,
que recibe el nombre de plasmólisis, la célula se marchita.
La fagocitosis y la pinocitosis son dos ejemplos de movimientos celular activo. La
fagocitosis es la incorporación de partículas sólidas por medio de la formación de
pseudópodos que las rodean y las engloban. Se observa en las amebas como función
alimenticia y en los leucocitos como función de defensa, ya que protegen al organismo
contra la invasión de microbios. La pinocitosis es la incorporación de sustancias
líquidas en forma de gotitas gracias a la invaginación de la membrana plasmática.
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PROCESOS METABÓLICOS
La molécula de ATP
Además de los ácidos nucleicos, en los seres vivos se encuentran otros
nucleótidos simples de gran importancia biológica, como el ATP o adenosintrifosfato (o
también, trifosfato de adenosina), molécula que al romperse libera gran cantidad de
energía que es utilizada para cumplir diversos procesos biológicos.
El ATP es fabricado por las mitocondrias durante la respiración celular y los
cloroplastos durante la fotosíntesis. La molécula de estos nucleótidos está constituida
por una fracción principal, que llamaremos A (por la base adenosina), a la que se unen
tres grupos idénticos de átomos formados por hidrógeno, oxígeno y fósforo (ácido
fosfórico o fosfato), que representaremos en la letra P.
El ATP, al intervenir en diversas funciones celulares, libera energía rompiendo su
molécula y transformándose en ADP o adenosindifosfato; este último, al incorporar
energía, se convierte nuevamente en ATP (durante las complejas reacciones enzimáticas
referidas, principalmente). De tal modo, la función de estos nucleótidos es aceptar la
energía liberada en algunos procesos y cedérselas a otros cuando es necesaria; serían
como una “moneda de intercambio” energética.
Los procesos energéticos
Las enzimas son sustancias químicas proteicas sintetizadas por las células vivas,
que regulan la especificidad y la velocidad de los procesos químicos en el interior del
protoplasma y permiten que se realicen a bajas temperaturas (20ºC).
Las reacciones que liberan calor se llaman exotérmicas y las que acumulan calor
se denominan endotérmicas. Entre las primeras se halla la acción de las enzimas sobre
los alimentos simplificados (glucosa, ácidos grasos, aminoácidos, principalmente la
primera). Esta degradación se cumple en el interior de las mitocondrias y da como
resultado la formación de dióxido de carbono y agua. Para la degradación de la glucosa
es necesario oxígeno, que la célula retira del medio.
La fotosíntesis
Las plantas verdes por medio de la fotosíntesis o asimilación clorofílica proveen a
todos los demás seres vivos, incluso al hombre, de los alimentos y el oxígeno que
necesitamos para vivir. Durante este proceso las plantas verdes forman alimentos muy
ricos en energía a partir de sustancias simples inorgánicas (agua, minerales y dióxido de
carbono) que extraen del medio donde viven y de la energía luminosa que la clorofila
capta del Sol.
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La fotosíntesis es muy compleja y se lleva a cabo en dos etapas:
1. Etapa luminosa. Se cumple en presencia de la luz solar. Consiste en captar la
energía del Sol y almacenarla en forma de compuestos de alto energético, el ATP o
trifosfato de adenosina, que la planta utilizada para separar el agua en sus dos
componentes (hidrógeno y oxígeno), proceso que se denomina fotólisis.
El hidrógeno interviene en la etapa siguiente, en tanto que el oxígeno pasa a la
atmósfera. Las plantas verdes constituyen la única fuente natural de oxígeno para el
aprovisionamiento de la atmósfera.
2. Etapa de oscuridad. Tiene lugar durante el día y se extiende hasta el
crepúsculo. En su transcurso, el ATP acumulado brinda la energía para la fijación del
dióxido de carbono y posibilita que se combine con el hidrógeno del agua para formar
una sustancia orgánica o azúcar. Por lo tanto esta fase consiste en la producción de
alimentos (energía química potencial).
Gráfico que resume la fotosíntesis
Etapa oscura: 2H2O + energía solar O2 + 4H+ + 4e
–
Etapa luminosa: hidrógeno + dióxido de carbono glucosa (C6H12O6)
La respiración celular
El término “respiración” no sólo comprende el intercambio de gases respiratorios,
sino que también abarca todas las reacciones enzimáticas que se cumplen en el interior
de las células y en las que se consume oxígeno (respiración aeróbica). En su transcurso
se libera o se almacena energía.
Recordemos que las enzimas son sustancias químicas proteicas sintetizadas por
las células vivas, que regulan la especificidad y la velocidad de los procesos químicos
en el interior del protoplasma y permite que se realicen a bajas temperaturas (20ºC).
Las reacciones que liberan energía se llaman exergónicas y las que acumulan
energía se denominan endergónicas. Entre las primeras se halla la acción de las enzimas
sobre los alimentos simplificados (glucosa, ácidos grasos, aminoácidos), principalmente
sobre la glucosa. Esta degradación se cumple en el interior de las mitocondrias y da
como resultado la formación de dióxido de carbono y agua. Para la degradación de la
glucosa es necesario oxígeno, que la célula retira del medio.
Este proceso bioquímico en el cual la glucosa es oxidada completamente a
dióxido de carbono y agua, en presencia de oxígeno molecular y con gran liberación de
energía, se denomina respiración aeróbica. Consiste en una serie de reacciones en
cadena cuyos productos finales entran en una reacción cíclica, llamada rueda de la
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energía intracelular o ciclo de Krebs, en honor al bioquímico Hans Krebs, ganador del
Premio Nobel de Fisiología y Medicina de 1953.
El ciclo de Krebs, o ciclo del ácido cítrico, comienza a partir del ácido pirúvico,
que se forma como consecuencia de la degradación de la glucosa, en ausencia de
oxígeno. Este ácido, al ser oxidado, libera dióxido de carbono y se transforma en un
derivado activo del ácido acético (la acetil-coenzima A). La acetil-CoA (compuesto de 2
carbonos) se une al ácido oxalácetico (con 4 carbonos) para formar una molécula más
grande y más compleja, el ácido cítrico (con 6 carbonos). Este cumple una serie de
reacciones enzimáticas cíclicas durante las cuales se libera dióxido de carbono e
hidrógeno, que en el proceso respiratorio final se une con el oxígeno y forma agua.
Mientras que la molécula de ácido oxalacético se recupera totalmente y puede reanudar
otro ciclo, en cambio, la molécula de acetil-CoA se ha oxidado completamente a
dióxido de carbono y agua, con gran liberación de energía, que se almacena como ATP
en las mitocondrias.
Manejo de la energía en las células
Las reacciones endergónicas también tienen lugar en las mitocondrias, donde por
acción de otras enzimas se forman sustancias como el ATP o trifosfato de adenosina que
reservan como energía. Cuando la célula necesita energía, la obtiene descomponiendo el
ATP, ya que cada molécula es capaz de liberar entre 9.000 y 11.000 calorías (una
caloría es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de un gramo de agua
destilada de 14,5ºC a 15,5ºC).
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La respiración celular tiene lugar en los seres vivos en forma ininterrumpida las
24 horas del día y hasta su muerte.
Fermentación
Existen algunas excepciones a la regla general de que el oxígeno es
imprescindible para todas las reacciones enzimáticas. En algunos casos, el oxígeno
presente en el medio no basta o no llega con rapidez al lugar donde se necesita; entonces
se produce una respiración defectuosa en la que no se consume bien la energía liberada.
Este proceso llamado respiración anaeróbica o de fermentación se observa
continuamente en algunas bacterias y parásitos del intestino de los mamíferos, y en
algunos momentos en las levaduras.
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DIVISIÓN CELULAR Y GENÉTICA MOLECULAR ELEMENTAL
La estructura de los ácidos nucleicos y la síntesis de proteína
Los ácidos nucleicos fueron descubiertos por el bioquímico suizo Friedrich
Meischer, en 1870, pero sólo en los últimos años se les otorgó importancia biológica.
Son moléculas granes (macromoléculas) y complejas que contienen carbono,
hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y fósforo. Tienen forma de cintas de gran longitud,
donde se repite la misma estructura a intervalos regulares. Esas estructuras son las
unidades de la cadena y se llaman nucleótidos. Cada nucleótido está formado por una
molécula de ácido fosfórico y un azúcar simple al que se fija una estructura orgánica
cíclica llamada base (ácido fosfórico-azúcar-base cíclica nitrogenada).
Según el azúcar que intervenga en su formación hay dos tipos diferentes de ácidos
nucleicos: el ácido ribonucleico o ARN, cuyo azúcar es la ribosa, y el ácido
desoxirribonucleico o ADN, en el que el azúcar es la desoxirribosa. Todas las células
vivas, vegetales o animales, poseen ambos ácidos nucleicos, ARN y ADN, excepto los
virus, que contienen uno u otro, pero nunca ambos.
ADN ARN
Nombre Ácido desoxirribonucleico Ácido ribonucleico
Unidades químicas básicas Desoxirribonucleótidos Ribonucleótidos
Azúcar Desoxirribosa Ribosa
Forma Filamentos Gránulos esféricos
Distribución Presente en todos los seres
vivos, excepto algunos
virus bacteriófagos
Presente en todos los seres
vivos, excepto algunos
virus
Ubicación celular Núcleo: cromosomas 99 % Citoplasma: ribosomas 90 %
Cantidad Constante para cada
especie
Variable, según la síntesis
de las proteínas
Origen De otra molécula de ADN
(autoduplicación)
Proviene del ADN
Importancia Responsables químicos de la herencia
El ADN se localiza preferentemente en la cromatina o cromosomas del núcleo
(99%) e interviene en la herencia, es decir, en la transmisión de los caracteres
hereditarios de una generación a otra. Son largas moléculas constituidas con miles de
nucleótidos. En 1953, dos investigadores estadounidenses, James Watson y Francis
Crick (premios Nobel de Medicina en 1962), representaron esquemáticamente el ADN
como dos cintas helicoidales que se unen paralelas formadas por nucleótidos que se
unen a los de las cadenas opuestas por puentes de hidrógeno.
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El ADN se origina en otra molécula de ADN por autoduplicación: durante la
división celular las cintas se separan y cada una mantiene su integridad física formando
una cadena complementaria. A su vez, el ADN origina al ARN.
Los nucleótidos llevan codificados todos los caracteres físicos del nuevo
individuo, y constituyen la base química de los genes.
El ARN se encuentra en mayor cantidad en el citoplasma (90 %). En general, bajo
la supervisión del ADN, es el encargado de conducir la síntesis de las proteínas:
algunas de ellas se incorporan al protoplasma determinando el crecimiento de las
células, y otras, las proteínas enzimáticas o enzimas, dirigen todas las reacciones
químicas que se cumplen en ellas.
Existente distintos tipos de ARN con una estructura, función y localización
diferentes:
El ARN ribosómico (ARNr), que constituye el 80 % del total del ARN
citoplasmática, forma parte de los ribosomas. Sirve de apoyo al ARN mensajero y
participa de la síntesis de las proteínas.
El ARN mensajero (ARNm), que representa el 10 % del ARN nuclear, lleva la
información genética (codificada en el ADN) del núcleo al citoplasma atravesando los
poros de la membrana nuclear.
El ARN de transferencia (ARNt), que constituye el 10 % restante del ARN
citoplasmático, conduce los aminoácidos (materia prima para la elaboración de las
proteínas) dispersos por el citoplasma hacia el lugar donde se cumple la síntesis de las
proteínas.
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Gráfico que resume la secuencia de pasos en la síntesis de las proteínas
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Cromosomas
Estos componentes nucleares fueron denominados así por Waldeyer, en 1888. Se
ven con nitidez únicamente durante la división celular porque en la interfase, como ya
vimos, se presentan como filamentos y gránulos que forman un retículo o red de
cromatina.
Estructura. Durante la división, la red de cromatina se espiraliza y forma la
estructura que conocemos como cromosoma. Cada cromosoma está compuesto por
filamentos arrollados en espiral, los cromonemas, que lo recorren en toda su extensión.
Aproximadamente en la mitad de su longitud poseen una esferita clara, el centrómero,
que lo divide en dos brazos o telómeros. En las células vegetales el centrómero origina
el huso.
Número de cromosomas. Varía según la especie, pero es constante para todos los
organismos de una misma especie.
Todas las células de un organismo poseen el mismo número de cromosomas
(número diploide), excepto las células sexuales (grano de polen y óvulo en las plantas
con flores; anterozoide y óvulo en las plantas sin flores; espermatozoide y óvulo en los
animales, incluso en el hombre) en que el número cromosómico se reduce a la mitad
(número haploide) porque al unirse ambas células para constituir la “célula huevo”,
forman el número normal de cromosomas que caracteriza a la especie.
El número de cromosomas es variable. El mayor número registrado hasta ahora es
de 1.600 cromosomas que presentan las células de un animal unicelular marino
microscópico (protozoo), y el menor número es de 2, que poseen las células de un
nematelminto (gusano). En la mayor parte de las especies, el número cromosómico
oscila entre 10 y 50, siendo excepcionales las células que contienen más o menos que
éstos.
Ultraestructura. Los cromosomas están formados por moléculas gigantes
llamadas nucleoproteínas, que a su vez están constituidas por un ácido nucleico y una
proteína. El ácido nucleico es el ADN y forma los filamentos del cromosoma.
Los cromosomas siempre existen por pares, e invariablemente hay dos de cada
clase. Los que forman un par idéntico se llaman cromosomas homólogos o autosomas.
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Aquellos en que los elementos del par son diferentes se denominan cromosomas
heterólogos o gonosomas; es el caso de los cromosomas sexuales. En el hombre las
células del cuerpo o somáticas tienen 46 cromosomas (23 pares), de los cuales 44 (22
pares) son autosomas y 2 (un par) son gonosomas.
Función de los cromosomas. La función consiste en asegurar una repartición
equitativa de la información hereditaria que se encuentra almacenada en el “código
genético” del ADN en las dos células hijas que resultan de la mitosis.
La información hereditaria trasmitida por el ADN es recibida por otro nucleico, el
ARN, también presente en la célula. Como este ácido pasa de un individuo al otro a
través de la reproducción, los caracteres de los progenitores se tramiten a la
descendencia y los cromosomas se constituyen así en el eslabón físico entre las
generaciones sucesivas, lo que se conoce como continuidad genética de la vida.
Mitosis
También llamada división celular somática, es más complicada que división
directa, pero durante su proceso se asegura una exacta distribución de la cromatina
nuclear.
Se cumple mediante dos procesos armónicos y continuos, pero independientes, la
división del núcleo o cariocinesis, y la división del citoplasma, llamada citocinesis o
citodiéresis. Se denomina interfasea la etapa de reposo aparente de la célula que media
entre dos divisiones sucesivas. Para su mejor estudio la citocinesis se divide en diversas
etapas:
Profase. Es un proceso preparatorio en que ocurren cambios en la célula, que
adopta una forma casi esférica. El citoplasma se vuelve más turgente y refringente
(brillante), y el núcleo se torna menos viscoso por la entrada de agua. Comienzan a
visualizarse los cromosomas porque la cromatina se acorta y aumenta su grosor por
espiralamiento. Estos se hallan en número constante para especie vegetal o animal y
rigen fenómenos de variación, herencia y evolución en los seres vivos.
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En las células animales los centriolos se dividen y emigran hacia los polos,
siguiendo una trayectoria semicircular. Se rodean de irradiaciones que toman el nombre
de ástereso esferas atractivas.
Prometafase. La membrana nuclear se desintegra y pasa a integrar el retículo
endoplásmico, el nucléolo desaparece y se forman los “husos”, que se extienden entre
ambos polos. En las células animales los husos se constituyen a partir de los centriolos,
pero en las células vegetales que carecen de estos organoides, son formados por los
cromosomas.
Esta fase finaliza con el ordenamiento de los cromosomas en el plano ecuatorial.
En los vegetales la ubicación es desordenada, mientras que en la célula animal se
disponen ordenadamente con sus vértices orientados hacia el centro del plano y los
brazos hacia fuera.
Metafase. Es un momento de equilibrio y descanso aparente en la célula.
Anafase. Los cromosomas se dividen longitudinalmente en dos mitades llamadas
cromátidas, formando los cromosomas hijos. Ya desdoblados, orientas sus vértices
hacia los polos y se dirigen hacia ellos por los husos. Este momento es el de la
verdadera división.
Telofase. Los cromosomas hijos llegan a los polos y se disponen en posición
paralela. Se producen fenómenos inversos de los que ocurren en la profase: se
reconstruye la membrana nuclear a partir del retículo endoplásmico y reaparece el
nucléolo. Los cromosomas se desespiralizan y se hacen cada vez menos visibles.
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La división del citoplasma (citocinesis) es un proceso independiente de la
cariocinesis, y comienza durante la telofase.
Es diferente según se consideren células animales o células vegetales. En las
células animales se produce un estrangulamiento a nivel de la zona ecuatorial que
origina dos células hijas. En las células vegetales (excepto en bacterias, hongos y algas
cianofíceas) no existe estrangulación sino tabicamiento. A nivel de la zona ecuatorial,
por unión de vesículas, se forma una placa celular discontinua, puesto que existen
puentes llamados plasmodesmos que comunican a las dos células hijas.
Significado de la mitosis
La distribución de la cromatina en partes iguales tiene gran significado para la
comprensión de la herencia, ya que los genes o determinantes de los caracteres
hereditarios residen en los cromosomas y se dividen al hacerlo éstos. Esta repartición
distribuye dotaciones iguales de genes a todas las células del organismo.
Duración del proceso. Según la especie, las características de los factores del
medio y el tipo de célula, la mitosis varía entre minutos y horas, siendo la profase (etapa
preparatoria) la de mayor duración y la anafase la más corta.
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LA CONTRACCIÓN MUSCULAR
El movimiento de los músculos y los géneros de palanca
El movimiento de las diferentes partes del cuerpo es el resultado de la actividad
armónica de los elementos que constituyen el aparato locomotor: huesos, articulaciones
y músculos. Mientras que los huesos y las articulaciones son estructuras pasivas, los
músculos forman la parte activa.
El movimiento se produce porque, al contraerse el músculo, las partes duras o
huesos en los que se inserta se acercan gracias a la existencia de una articulación móvil
que los une. La acción combinada de los tres componentes del aparato locomotor puede
compararse con la función de una palanca. En el cuerpo humano se encuentran tres
géneros distintos de palanca, pero la más común de éstas es la de tercer género:
- De primer género: articulación de la cabeza con el atlas.
- De segundo género: articulación de la pierna con el pie.
- De tercer género: articulación del codo, entre otras.
Articulación de la cabeza con la columna vertebral. El punto de apoyo es la
articulación (los cóndilos del occipital con las cavidades glenoides del atlas), la
resistencia es el peso de la cabeza que tiende a inclinarse hacia adelante, y la potencia
está dada por los músculos de la nuca.
Articulación de la pierna con el pie, cuando nos ponemos en puntillas. El punto
de apoyo es la extremidad anterior del pie, la resistencia es el peso del cuerpo que se
eleva, y la potencia está representada por los músculos de la parte posterior de la pierna,
que se insertan en el tarso (hueso calcáreo).
Articulación del codo. El punto de apoyo es el codo, la resistencia es el peso del
antebrazo, y la potencia son los músculos que se insertan en la región anterior del brazo
y del antebrazo.
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Comúnmente cada músculo posee su antagonista, es decir, el que se opone a su
movimiento con el fin de mantener cierto grado de tensión e impedir que el movimiento
sea brusco y descontrolado (músculos flexores-extensores; aductores-abductores;
supinadores-pronadores).
La coordinación anatomofuncional del sistema óseo-artro-muscular interviene en:
a) La postura o posición bípeda (columna vertebral y músculos que posibilitan sus
movimientos).
b) El equilibrio y la marcha (músculos y huesos del esqueleto axial y miembros
inferiores).
c) La respiración (huesos y músculos inspiradores de la caja torácica, y músculos
abdominales espiradores).
d) La masticación (huesos y músculos de la región mandibular y lengua).
e) La defensa y la prensión de objetos (huesos y músculos de la cintura escapular y
miembros superiores).
f) La mímica o fisonomía (músculos de la cara y cuello).
g) La evacuación visceral (músculos abdominales).
h) La contención visceral (músculos pélvicos).
Como podemos comprobar, esta coordinación es muy importante, no sólo para la
locomoción, sino también para el buen cumplimiento de otras funciones.
Mecanismo de la contracción muscular
Los músculos esqueléticos gozan de dos propiedades esenciales: la
contractibilidad y la elasticidad.
La contractibilidad es la propiedad que tiene el músculo de contraerse cuando es
estimulado. Este movimiento activo es opuesto al estado pasivo de relajación en que se
halla el músculo cuando está en reposo. Durante la contracción, el músculo disminuye
su longitud y aumenta su grosor, pero sin variar su volumen.
La elasticidad es la propiedad que tiene el músculo estriado de volver a su forma y
tamaño primitivos, una vez que el estímulo deja de actuar. Gracias a que el músculo es
un órgano elástico puede recobrar esa forma después de la contracción. La figura
representa la elasticidad del músculo, lo que se demuestra con una experiencia sencilla.
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Cuando una persona está consciente, sus músculos se encuentran en un estado de
semicontracción, llamado tono muscular (tonicidad muscular). Ese tono está
determinado por la semicontracción de músculos antagónicos, como flexores y
extensores de la pierna, y son los que mantienen la postura erecta del cuerpo,
impidiendo que se tambalee hacia adelante o hacia atrás. El estado de semicontracción
permanente está determinado por estímulos nerviosos de escasa intensidad, que el
músculo recibe constantemente. Hay distintos tipos de contracción:
Contracción simple. Es la que se obtiene cuando se aplica al músculo un estímulo
simple (por ejemplo, una descarga eléctrica única); el músculo se contrae iniciando el
período de contracción, para luego relajarse cumpliendo el período de relajación.
Después de la contracción sobreviene el periodo de recuperación: el músculo consume
oxígeno y elimina dióxido de carbono y calor. Si antes que el músculo se recupere en
forma total se lo estimula repetidamente, las contracciones se hacen cada vez más
débiles porque el músculo se cansa. Es lo que se denomina fatiga muscular.
Contracción tetánica. Si a pesar de la fatiga se lo sigue estimulando, el músculo
entra en un estado de contracción sostenida, llamada tétanos fisiológico, vulgarmente
conocido como calambre.
Contractura. Se denomina así al estado de contracción sostenida provocada por
acción de temperaturas extremas (bajas o altas) o de venenos. Al cabo de un tiempo
puede desaparecer, recuperando el músculo su capacidad contráctil.
Rigidez cadavérica. Se denomina así a un estado de contracción definitiva que se
produce al detenerse la circulación. Comienza aproximadamente a las cinco horas de
producida la muerte y termina cuando comienza la descomposición orgánica.
Mecanismo molecular de la contracción
La función básica del tejido muscular es la contracción, es decir, el acortamiento
de los haces de fibras (células) musculares. Esta acción mecánica, realizada bajo
estímulos y controles adecuados, permite la realización de diversos tipos de
movimientos.
El tejido muscular está formado por células gigantes muy largadas llamadas
fibras. Su citoplasma tiene filamentos proteínicos llamados miofibrillas, los que están
relacionados con su principal propiedad que es la contractibilidad. La fibra muscular
posee, además, numerosos núcleos.
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Las miofibrillas del músculo presentan el aspecto de discos claros y oscuros
alternados, llamados unos Banda A y otros Banda I, respectivamente, que le otorga a la
fibra muscular un aspecto estriado en sentido transversal.
Más en detalle, se observa que la Banda A está interrumpida por un disco claro y
delgado llamado línea Z. La porción de fibra muscular comprendida entre dos líneas Z
recibe el nombre de sarcómero, y constituye la unidad de contracción del músculo.
En consecuencia, un sarcómero está constituido por una Semibanda I, una Banda
A y otra Semibanda I.
La célula muscular presenta en su hialoplasma dos tipos de filamentos
comprometidos en la contracción: los filamentos gruesos, compuestos por una proteína,
miosina, y los filamentos finos, integrados por varias proteínas –actina, la de mayor
importancia, troponina y tropomiosina–.
La Banda A está constituida por los filamentos gruesos de miosina y la Banda I lo
está por los filamentos finos de actina (y troponina y tropomiosina); mientras que las
líneas Z corresponden a discos proteicos donde se insertan los filamentos finos.
El mecanismo de contracción muscular es el siguiente: cuando la unidad de
contracción, el sarcómero, se contrae, los filamentos de actina (delgados) primero se
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deslizan sobre los de miosina (gruesos) y después sobre la actina opuesta, acercando las
líneas Z entre sí.
Cuando el músculo está en reposo hay un estado de semicontracción que es el que
determina el tono muscular. El tono muscular es un estado de semicontracción
permanente del músculo.
Fenómenos químicos y calóricos de la contracción muscular
El músculo que se contrae transforma energía. En el músculo la energía química
se transforma en energía mecánica y calórica. Esta última se desprende o disipa.
Las reacciones que permiten la producción de energía química son:
a) Primer parte:
En el músculo existe glucógeno acumulado, que es un hidrato de carbono
polímero de la glucosa. La glucosa llega al músculo en la sangre. Además existen
sustancias con fósforo como el ATP (adenosina tri-fosfato) que tiene tres moléculas de
fosfato (ácido del fósforo).
El ATP libera una de sus moléculas de fosfato y se transforma en ADP (adenosina
di-fosfato). Al liberarse el fosfato se desprende gran cantidad de energía que es utilizada
para la contracción.
El glucógeno existente en el músculo, más agua, produce ácido láctico y se
desprende energía.
Esa energía es utilizada para recomponer ATP a partir de ADP y ácido fosfórico
(Pi).
Como puede apreciarse, todas estas reacciones se llevan a cabo sin la presencia de
oxígeno.
b) Segunda parte:
En la primera parte se ha transformado ácido láctico. Las 4/5 partes de este ácido
láctico vuelven a ser transformadas en glucógeno que puede volver a ser utilizado por el
músculo.
La otra quinta parte es oxidada y se produce CO2 y agua con desprendimiento de
calor. Esta oxidación del excedente de ácido láctico es indispensable porque de lo
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contrario se produce fatiga o cansancio. Por lo tanto, en esta segunda parte se utiliza el
oxígeno que proviene de la respiración.
Cuando un deportista queda muy cansado después de un gran esfuerzo muscular,
se lo masajea para acelerar la circulación de la sangre; en esa forma llega más rápido el
oxígeno que oxida el ácido láctico. Desparecido el ácido láctico desparece el cansancio.
Cuando el músculo se contrae desprende calor. La energía calórica proviene de las
reacciones químicas enumeradas más arriba.
LA CONDUCCIÓN NERVIOSA
¿Cómo se establece la vinculación entre dos neuronas?
La relación se establece entre el axón de una neurona con las dendritas de otra u
otras.
La relación entre ramificaciones del axón y la de las dendritas es un simple
contacto. No hay continuidad ni unión protoplasmática entre ellos. Cada neurona es
independiente de las otras y cuando se establece una conexión es sólo fisiológica. Hay
por lo tanto una relación de vecindad o contigüidad. Este tipo de relación indica que no
existe una red nerviosa en los organismos.
La relación de contigüidad entre las fibras de las neuronas se llama sinapsis.
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Las dendritas conducen las señales o impulsos nerviosos hacia las células
(conducción centrípeta). El axón conduce la señal o impulso nervioso desde el cuerpo
celular hacia otro lugar (conducción centrífuga).
¿Cómo se mide la velocidad del impulso nervioso?
Se utiliza un preparado neuromuscular, es decir, un músculo conectado a su
nervio. Se excita el nervio en el punto1 y se mide el tiempo que tarda el músculo en
contraerse. Se excita el nervio en el punto 2 y se mide lo mismo.
Se observa que cuando se excita el punto 2, más alejado, el músculo tarda más en
contraerse. Al tiempo de contracción 2 (T2) se le resta el tiempo de contracción 1 (T1).
La diferencia entre T2 – T1 es el tiempo que el impulso nervioso ha tardado en recorrer
la distancia A.
El cálculo correspondiente permite conocer que la velocidad de propagación
oscila alrededor de los cien metros por segundo (100 m/s). Como puede comprobarse,
esta velocidad es muy inferior a la de propagación de una corriente eléctrica.
La propagación del impulso nervioso es un proceso vivo no comparable a una
corriente eléctrica que se propaga por un conductor eléctrico (cable).
La propagación del impulso o influjo nervioso
Toda célula viva puede ser excitada por un estímulo, pero la excitabilidad en la
célula nerviosa está mucho más desarrollada que en las otras clases de células. Además,
las células nerviosas están adaptadas, por sus prolongaciones, a conducir una excitación,
en forma de impulso nervioso, hasta lugares distantes de la zona donde aquélla se ha
producido.
La membrana de las células y las fibras nerviosas están rodeadas de cargas
eléctricas positivas y negativas. La distribución de esas cargas no es uniforme, ya que en
la parte exterior se ubican las cargas positivas y en el interior las negativas. En
consecuencia, se crea un campo eléctrico entre la parte externa y la interna y, por
consiguiente, aparece una diferencia de potencial.
Cuando la neurona está en reposo, su membrana está polarizada porque hay una
diferencia de potencial permanente y estable entre la pared exterior y la interior de la
misma.
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¿Qué se entiende por diferencia de potencial?
Supongamos dos tanques de agua unidos por un caño. El tanque A está casi lleno
y el B contiene poca agua. Una canilla interrumpe el paso de agua. La diferencia de
nivel entre A y B es apreciable. Si se abre la canilla, el agua pasa de donde tiene mayor
nivel hacia donde tiene menos, hasta que el nivel sea igual en ambos tanques.
En la membrana celular ocurre algo parecido, porque hay una diferencia de nivel
eléctrico entre la parte exterior positiva y la interna negativa. A esta diferencia se la
denomina diferencia de potencial.
¿Qué ocurre si la membrana se vuelve permeable?
Si la membrana se vuelve permeable, las cargas positivas tienden a penetrar al
interior y el exterior se carga negativamente; ese movimiento del exterior al interior se
debe a la diferencia de potencial entre ambas partes a los lados de la membrana.
La neurona entra así en una etapa de acción o “etapa activa”.
Cuando un estímulo excita la membrana, ya sea en el cuerpo celular, dendrita o
axón, ésta se vuelve permeable y se produce una “perturbación” o alteración de la
polarización, que consiste, como se dijo, en la penetración de cargas positivas al interior
de la célula. Esa perturbación no se localiza sino que se propaga en ambos sentidos a
partir del punto excitado.
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La figura a continuación muestra cómo avanza la zona perturbada en la membrana
y cómo ésta vuelve a su estado de reposo una vez que se ha producido el impulso
nervioso.
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El desplazamiento o propagación de la perturbación de la polarización es el
“impulso” o “influjo nervioso”.
El impulso nervioso se desplaza a velocidad constante; los impulsos que
“retroceden”, es decir, que toman el camino de las neuronas son detenidos en las
sinapsis, pero los que toman el camino normal del axón se transmiten, en el lugar de las
sinapsis, a las dendritas de otras células nerviosas vecinas.
¿Cómo pasa el impulso nervioso de un axón a una dendrita en la sipansis?
Se ha comprobado que la parte terminal de las prolongaciones del axón segregan
pequeñas cantidades de una sustancia química; en muchos casos esa sustancia es la
acetilcolina.
La acetilcolina producida por el axón se difunde y alcanza las prolongaciones
dendríticas de otra y otras células. Cuando la acetilcolina entra en contacto con una
dendrita provoca una perturbación en su membrana y se inicia, así, un nuevo impulso o
influjo nervioso que recorre toda la célula en la forma indicada en la figura adjunta:
Sinapsis múltiple
Las sustancias que intervienen en la transmisión del impulso en la sinapsis reciben
el nombre de mediadores o intermediarios químicos, y también, neurotransmisores:
producida la transmisión, los mediadores químicos desaparecen al ser destruidos por
otras sustancias químicas.
En síntesis: la función de la célula nerviosa es la de recibir, conducir y transmitir
la excitación provocada por un estímulo.