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UD 1: “ORGANIZACIÓN BÁSICA
DEL CUERPO HUMANO”
1. SERES VIVOS
Los seres humanos somos seres vivos. Somos peculiares en algunos aspectos pero compartimos una inmensa base común.
Somos más parecidos cuanto más próximos evolutivamente. Las características fundamentales son antiguas evolutivamente y, por tanto, comunes a grandes grupos de seres vivos.
2. CARACTERÍSTICAS PROPIAS DE TODOS LOS SERES VIVOS
Somos complejos:
- En composición y funcionamiento. A todos los niveles.
- Formados por muchas sustancias químicas diferentes. Varios miles de moléculas diferentes en el organismo más sencillo.
- Compleja organización interna: moléculas, orgánulos, relaciones. - Muchas relaciones interespecíficas e intraespecíficas.
Celulares:
- Formados por unidades llamadas células.
- Un individuo puede tener desde una a miles de millones de células. - Todos los seres vivos proceden de, al menos, una célula.
- Los seres complejos siguen teniendo gran autonomía celular en su metabolismo y reproducción.
- Todo lo que hace un ser vivo lo hacen sus células.
Tenemos funciones de nutrición:
- Tomamos materia y energía del entorno para mantener nuestra organización.
- Un ser vivo se asemeja mucho más a una estructuras dinámicas disipadora de energía (ej: un remolino o una llama) que a un molde estático.
- Muy pocos átomos de los que teníamos cuando nacimos forman parte de nuestro cuerpo ahora mismo, sin embargo seguimos siendo nosotros.
- Si este intercambio de materia y energía deja de producirse morimos.
Tenemos funciones de relación:
- Percibimos cambios externos e internos y respondemos a ellos. - A todos los niveles, orgánulos, células, tejidos, órganos, organismos. - Mantenemos un medio interno aproximadamente constante. Homeostasis.
- Si se altera este medio interno tenemos mecanismos para llevarlo de nuevo al estado ideal o de equilibrio.
2 Tenemos funciones de Reproducción:
- Somos capaces de crean copias parecidas a nosotros mismos. - Estas copias les sirven para perpetuarnos en el tiempo.
- Todos los seres vivos mueren por programa o por accidente y desaparecerían si no tuvieran esta función.
Relacionado con la reproducción están:
• Crecimiento: Los descendientes son siempre menores que el progenitor y han de incrementar su tamaño.
• Desarrollo: Para poder sobrevivir han de cambiar de forma durante su crecimiento.
• Herencia: De alguna manera han de tener información sobre cómo tienen que desarrollarse y sobrevivir en un medio.
• Evolución: Las copias no son exactas y las especies cambian y se diversifican. Tenemos información interna en las células:
- En el interior de cada célula está codificada toda la información de lo que puede hacer un ser vivo.
- Permite realizar las funciones vitales.
- El soporte de esta información es de tipo químico: una molécula con posibilidad de variación, el ADN que se encuentra en el núcleo de las células.
Presentamos una relación estructura – función:
- Los seres vivos se comportan "como si" hubieran sido diseñados conscientemente para sobrevivir y reproducirse.
- Todas las estructuras de los seres vivos tienen una función, desde las moléculas hasta las relaciones entre especies.
- Puede uno preguntarse "¿para qué?".
- Nadie ha diseñado seres vivos. Los seres vivos no tienen ninguna finalidad real.
- Se sigue utilizando porque es útil aunque puede ser confuso al evocar un finalismo en la vida. - En biología se habla de “para qué sirve” pero es sólo una manera de hablar; no es finalista.
3. COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LOS SERES VIVOS
Todos los seres vivos, aunque son muy diversos, tenemos una composición muy semejante. Es importante conocer nuestros compuestos para entender nuestra nutrición y fisiología.
ÁTOMOS O ELEMENTOS
Es sorprendente que la composición en elementos de todos los seres vivos sea muy semejante a pesar de su diversidad. Además es muy diferente de la del medio que nos rodea. Esto es debido a que utilizan los elementos más útiles para constituir sus moléculas.
Los elementos fundamentales de todos los seres vivos son C, N, O, H y en menor proporción S y P.
El resto de átomos son muy poco abundantes aunque fundamentales: Na, K, Mg, Ca, Cl, Fe, Mn, Co...
3 Hay que saber que:
• Estos átomos s e combinan para formar moléculas.
• Las moléculas más complejas llevan enlaces de entre átomos de carbono (C) y se denominan
moléculas orgánicas.
• Las moléculas son las responsables de las características de la materia; estado físico, solubilidad, reactividad,...
COMPUESTOS
Lo mínimo que hay que saber sobre la composición de los seres vivos es que: • Los elementos se combinan dando lugar a compuestos químicos.
• Los átomos pueden cambiar de compuesto químico mediante reacciones químicas, pero no pueden transformarse en otros en las condiciones de los seres vivos.
• El compuesto más abundante en los seres vivos es el agua. Es necesaria para multitud de procesos.
En general, cuanto más activo es un tejido u órgano más agua tiene.
• Otros compuestos sencillos en los seres vivos son las sales minerales. Se encuentran disueltas en agua en forma de iones o precipitadas formando minerales en esqueletos.
• El tipo de compuestos fundamentales para la vida son los llamados compuestos orgánicos
basados en cadenas de carbonos. Muchos son polímeros de otros más sencillos. Permite su combinación para formar nuevas estructuras.
Glúcidos
- Monosacáridos o polímeros de monosacáridos.
- Los monosacáridos son compuestos de entre 3 y 7 carbonos con grupos alcohol y aldehído o cetona.
- Son mucho menos variables que los aminoácidos. - El más importante es la glucosa. También fructosa,...
4 o Oligosacáridos de 2 a 10 monosacáridos: fructosa, lactosa,...
o Polisacáridos cadenas largas de hasta miles de monosacáridos. - Son lineales y tienen función estructural: la celulosa y la quitina.
- Son ramificados y tienen función de reserva energética: el almidón y el glucógeno.
- En humanos los glúcidos tienen una función principalmente energética. Las células consumen preferentemente glucosa para obtener energía. Se acumula en forma de glucógeno como reserva (hígado y músculo).
- La glucosa se puede obtener del exterior (a través de la dieta) de monosacáridos, oligosacáridos o polisacáridos de reserva.
- Nosotros no podemos digerir polisacáridos estructurales como la celulosa (fibra vegetal), aunque sí los herbívoros.
Proteínas
- Polímeros lineales de aminoácidos.
- Normalmente de 50 a 200 aminoácidos aunque las hay más pequeñas (péptidos) y más grandes.
- Existen 20 aminoácidos diferentes pero comunes para todos los seres vivos. - La secuencia de aminoácidos determina las características de las proteínas. - Forman moléculas tremendamente variables en propiedades y funciones:
o Enzimas: catalizan reacciones químicas.
o Trasportadoras de membrana: Salida y entrada de sustancias en las células. o Movimientos.
o Trasportadores en líquidos. o Estructurales en células y tejidos. o Mensajeras.
o Regulación genética. o Receptoras de estímulos.
o Toxinas y defensa frente a infecciones. o Coaguladoras.
- Cada célula forma sus propias proteínas a partir de los aminoácidos. Lo hacen en unos orgánulos llamados ribosomas.
- Los aminoácidos se toman del exterior o algunos, si es necesario, se sintetizan en las células. - La falta de aminoácidos causa graves trastornos a las células y al organismo.
Lípidos
- Son compuestos insolubles. - Bastante variados.
- Para este curso nos interesan:
• Ácidos grasos: Cadenas hidrocarbonadas ácidas. Forman lípidos complejos: triglicéridos y fosfolípidos. Son una fuente concentrada de obtención de energía.
o Saturados - Sin dobles enlaces. Más sólidos. o Insaturados - Con dobles enlaces. Más líquidos.
• Triglicéridos: Su función es reserva de energía. Pueden estar en estado: o Líquidos: aceites.
o Sólidos: grasas o mantecas.
5 • Colesterol: Es una molécula de gran tamaño muy insoluble. Estabiliza la membrana
plasmática celular. También puede formar otros esteroides. • Otros esteroides:
o Hormonas
o Vitaminas liposolubles
o Sales biliares (disuelven la grasa)
- Los lípidos pueden tomarse en la dieta, aunque la mayoría se pueden sintetizar en las células.
Ácidos nucleicos
- Son polímeros de nucleótidos.
- Muy variables en tamaño; de decenas a muchos millones. - Relacionados con la información genética.
• ADN
o Doble cadena de nucleótidos.
o En ella se encuentra la información genética.
o Forma los cromosomas, cada uno es una cadena de ADN unido a proteínas.
• ARN
o Paso de la información del ADN a las células.
o Varios tipos con funciones muy diversas: ARNm, ARNt ,ARNr ,...
- Los nucleótidos aislados, especialmente el ATP son los responsables del traspaso de energía en las células.
Otros
- Existen muchos otros compuestos celulares derivados de los anteriores o completamente diferentes.
- Muchos los sintetizan las células, pero los que no pueden sintetizar reciben el nombre de vitaminas. Hacen falta en pequeñas cantidades y sin ellas no podemos vivir.
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4. LAS CÉLULAS
Todos los seres vivos estamos formados por células. En nuestro caso, como ocurre en la mayoría de los seres pluricelulares, procedemos de una célula inicial.
En los organismos pluricelulares las células siguen siendo las que desarrollan las funciones vitales.
La célula es la unidad básica con la que están construidos todos los seres vivos. Además, es la mínima unidad capaz de realizar todas las funciones que caracterizan a un ser vivo: nutrición, relación y reproducción.
El tamaño de las células varía entre 5 y 120 µm, por lo que son invisibles a nuestros ojos. Para poder visualizarlas se utiliza el microscopio.
Las células de nuestro organismo son eucariotas, es decir, tienen núcleo y orgánulos citoplasmáticos. Las bacterias están formadas por células procariotas, carentes de núcleo
Compuestos celulares. (Clasificación simplificada)
Compuesto Estructura Función Obtención
Agua
H2O Transporte Disolvente Reacciones químicas Del medioSales minerales
Iones Na. K. Ca. Mg... PO4. CO3. Cl… Reacciones eléctricas celulares Mensajeros Esqueletos Del medioProteínas
Polímeros de aminoácidosReacciones químicas celulares Transportadores de membrana Movimientos Estructuras celulares Defensa ... A partr de los aminoácidos Síntesis celular
Glúcidos
Monosacáridos
Polialcoholes Obtención de energía Formación de polisacáridos Del medio Síntesis celularPolisacáridos
monosacáridosPolímeros deReserva de monosacáridos (Glucógeno) Estructurales A partir de monosacáridos
Lípidos
Variada pero insolubles en aguaFormar las membranas celulares Reserva de energía
A partir de sus componentes Síntesis celular
Ácidos nucleicos
Polímeros de nucleótidos Información celularA partir de nucleótidos Síntesis celular
7 diferenciado; tienen el ADN disperso en el citoplasma y el único orgánulo que poseen son los ribosomas.
CONCEPTOS GENERALES:
• Los seres vivos estamos formados por células.
• Las células son pequeñas a escala humana. Tienen tamaño de micras (milésimas de milímetro).
• Cada célula procede de otra preexistente.
• Las células son las unidades estructurales y funcionales de los seres vivos.
• Los organismos pluricelulares:
o Son colonias celulares. De unas pocas a miles de millones.
o Parecen una unidad debido a que existen mecanismos de comunicación entre sus células. o Las células mantienen toda su información. El ADN del organismo está en cada célula
completo.
o Siguen manteniendo todo el metabolismo. Hay que abastecerlas de nutrientes y eliminar sus desechos.
o Estas características son consecuencia de su origen evolutivo: el aumento de tamaño de los animales y plantas se ha producido por un aumento en número de células y especialización de las mismas. Fue más sencillo hacerse grandes con células que ya funcionan correctamente activando y anulando genes.
• Las células tienen partes especializadas llamadas orgánulos.
• Los elementos funcionales de las células son las proteínas. Una célula típica nuestra tiene del orden de e10 proteínas de unos 10.000 tipos diferentes.
• La información de todas las células se encuentra almacenada en forma de ADN de doble cadena y se expresa en forma de ARN.
• Los elementos estructurales celulares son variados: o Lípidos que forman membranas.
o Proteínas que forman el citoesqueleto.
o Polisacáridos que forman el glucocáliz externo a la membrana.
• Las células animales obtienen su energía preferentemente de los glúcidos o los lípidos.
• Las células mantienen su capacidad para realizar las funciones vitales autónomamente (nutrición, relación, reproducción).
ESTRUCTURA CELULAR
Existen diferentes tipos de células, como las que presentan las bacterias, los hongos, las plantas,... Pero en esta asignatura nos vamos a limitar únicamente a dar un repaso de una célula animal con los orgánulos más importantes que condicionan la anatomía aplicada a las artes escénicas y al deporte.
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NUTRICIÓN CELULAR
Cada célula debe tomar materia y energía para realizar sus funciones vitales.
Obtención de energía
La necesita para:
• Sintetizar sus compuestos. Cada célula forma sus proteínas y enlaza sus lípidos y glúcidos estructurales.
• Transporte de sustancias.
• Movimientos.
La energía en el interior de la célula se produce y se consume en forma de ATP. Cada célula produce sus propias moléculas de ATP.
La reacción general en orgánulos productores de energía es: ADP + Pi + E --> ATP
La reacción general en orgánulos y moléculas consumidoras de energía es:
ATP --> ADP + Pi + E
Fuera de la célula se intercambian otras sustancias energéticas pero no ATP.
Hay poca reserva de ATP celular. Con altas demandas de energía se gasta en segundos. Las reservas de energía celular son glúcidos (glucógeno, que se almacena en el hígado o en el músculo) o lípidos (triglicéridos, que se almacenan en el tejido adiposo). Los lípidos proporcionan el doble de energía pero son más difíciles de metabolizar.
Se obtiene energía celular:
• Por fermentación en citoplasma. Toma materia orgánica y produce ATP y otro tipo de materia orgánica de menor energía. Produce poca energía. 2 ATP por molécula de glucosas pero es un proceso muy rápido.
• Por respiración en las mitocondrias. Toma materia orgánica y oxígeno y produce CO2 y energía en forma de ATP. Producen mucha energía: 36 ATP por glucosa. Pero el proceso es relativamente lento.
Las fuentes principales de energía celular son:
• Los monosacáridos, especialmente la glucosa.
• Los ácidos grasos, que pertenecen al grupo de los lípidos.
Los ácidos grasos producen el doble de energía que los monosacáridos a igualdad de masa. En determinadas circunstancias se pueden metabolizar otras sustancias como aminoácidos.
Obtención de materia
La célula toma sus materiales del medio interno. En las células animales son siempre moléculas de pequeño tamaño. Entran en la célula por proteínas transportadoras de membrana:
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• Agua
• Sales minerales (Na, K, Mg, Ca, Fe, Zn, Mn, Cl ...)
• Oxígeno
• Glucosa para energía
• Glucosa para fabricar polisacáridos
• Ácidos grasos para energía
• Ácidos grasos para formar membranas y lípidos de secreción
• Aminoácidos para formar proteínas
• Otras sustancias en pequeñas cantidades (vitaminas)
En el caso de que en el medio interno no haya suficiente cantidad de nutrientes los puede tomar de sus propias reservas. Estos almacenes son principalmente de polisacáridos que acumulan glucosa (músculo o hígado) o grasas (tejido adiposo) para generar energía.
RELACIÓN CELULAR
Todas nuestras células tiene funciones de relación para:
• Enterarse del entorno en que viven.
• Enterarse de su situación interna.
• Mandar mensajes a células próximas.
• Diferenciarse si es necesario.
• Suicidarse si es necesario: Apoptosis.
Las células perciben los cambios del medio mediante proteínas receptoras de membrana. Reaccionan de maneras diversas: produciendo hormonas, movimientos, crecimiento, etc.
11 No todas las células animales se comportan de la misma manera en cuanto a la información que envían a otras células:
• Las células normales mandan mensajes químicos a células próximas.
• Algunas células especializadas mandan mensajes generales a todo el organismo:
células endocrinas.
• Algunas células especializadas mandan mensajes a otras muy determinadas:
células nerviosas.
Si las cantidades secretadas son grandes se utiliza el sistema de endomembranas (retículo-Golgi-vesículas de secreción).
Sistema hormonal
Es de tipo general y lento.
Se basa en moléculas mensajeras intercelulares llamadas hormonas que se fabrican en glándulas endocrinas. Viaja a de un lugar a otro a través de la sangre.
Todas las células envían y responden a las hormonas. La respuesta a una determinada hormona depende del tipo celular.
Sistema nervioso
Es de tipo específico y rápido.
Se basa en unas células muy especializadas llamadas neuronas que vierten sustancias químicas a determinadas células. Las moléculas mensajeras que vierten las células nerviosas se denominan neurotransmisores. En la neurona la transmisión es de tipo eléctrico y muy rápida. Sólo las neuronas participan en este proceso y sólo mandan información a otra neurona, una célula muscular o una célula glándulas. La mayoría de las células del cuerpo no tienen contacto con neuronas.
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REPRODUCCIÓN CELULAR
Las células se forman siempre a partir de otras células. El proceso de su reproducción se denomina división celular.
Cuando una célula madre se divide tiene que repartir sus orgánulos entre las células hijas, pero lo más importante es repartir la información celular (ADN).
Primero hay que duplicar la información genética, y luego tiene que llevar una copia a cada célula hija. Por eso todas las células del organismo tienen la misma información, ya que esta procede de la replicación del mismo ADN.
La división normal de las células se llama mitosis y en ella se conserva el número de cromosomas y toda la información celular.
La reproducción celular sirve al organismo para:
• Crecer. Los adultos tienen más células que los niños, ya que su tamaño corporal es mayor.
• Reparar o sustituir células dañadas o envejecidas. Nuestras células viven mucho menos tiempo que nosotros mismos, por lo que deben ser reemplazadas constantemente. Además, después de una enfermedad perdemos células que han sido dañadas o infectadas y también es necesario sustituirlas.
• Reproducir al propio organismo: formación de gametos. En este caso la división es especial y se denomina meiosis. Cada célula hija (óvulo o espermatozoide) tendrá en esta situación la mitad de información genética de la célula madre. Además, este tipo de división da como resultados células genéticamente diferentes a la progenitora (por ello los hijos son diferentes a
13 los padres). Cuando el óvulo y el espermatozoide se unen en la fecundación, sus ADN se juntan; de este modo, la célula resultante, llamada zigoto o célula huevo, tiene la misma cantidad de genes que cualquier célula del nuestro organismo.
LAS CÉLULAS EN NUESTRO ORGANISMO
Somos seres pluricelulares. Tenemos miles de millones de células.
Nuestras células viven en un medio líquido con diferentes sustancias disueltas. Este medio se mantiene aproximadamente constante y se denomina medio interno.
El medio interno
• Sirve para poder desarrollar su vida: o Contiene agua.
o Contiene sales minerales.
• Proporciona nutrientes:
o Glucosa como fuente de energía. o Aminoácidos para hacer proteínas.
o Lípidos para fabricar membranas y como fuente de energía. o Oxígeno.
• Elimina los desechos celulares:
o CO2.
o Urea (residuo del metabolismo celular).
• Trasporta sustancias mensajeras: o Hormonas de corto alcance. o Hormonas de largo alcance.
• Crea condiciones para la defensa celular: o Anticuerpos, moléculas del complemento,…
Diferenciación celular
Partimos de una célula original, el zigoto, que es el resultado de la unión el óvulo y el espermatozoide, pero los adultos tenemos más de 100 tipos celulares diferentes.
La diferenciación es necesaria para que funcione un organismo pluricelular. Cada célula adopta una morfología concreta para poder desarrollar de forma adecuada sus funciones biológicas. En la mayor parte de los casos las células diferenciadas pierden su capacidad de reproducción. Para reemplazarlas en caso de pérdida o muerte queda siempre un remanente de células indiferenciadas parcialmente, las llamadas células madre.
14 Nuestras células se organizan y agrupan para formar los tejidos. La agrupación de tejidos da lugar a los órganos. Los órganos se organizan y generan los aparatos y sistemas. El conjunto de todos éstos forma el organismo completo.
