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PROTEÍNAS DE MEMBRANA

Funciones de proteínas de membrana

METABOLISMO CELULAR

RESPIRACIÓN CELULAR

Complementariedad entre los procesos de fotosíntesis y respiración celular


Hidrólisis del ATP y trabajo celular


Proceso de Glicolisis


Formación de Acetil coenzima A


Ciclo de Krebs


Formación de moléculas reductoras, en la célula


Esquema general de la degradación de la glucosa:
Glucólisis,
Ciclo de Krebbs y
Cadena transportadora de electrones






Proceso de óxido- reducción


Cadena transportadora de electrones en la Mitocondria


Membranas Mitocondriales


Quimio osmosis


Oxidación completa de la glucosa en la célula



Representación equemática del transporte de electrones a través de la membrana interna de la mitocondria.
A la derecha de la figura se muestra además la síntesis de ATP, utilizando el flujo de protones


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FOTOSÍNTESIS

Esquema del proceso de fotosíntesis




Burbujas de oxigeno en hojas de una planta acuática



Estructura general de la clorofila



Espectro de absorción de clorofila a, b y c



Estructura del Cloroplasto



Excitación de clorofilas en cloroplastos por energía luminosa



Fluorescencia de la clorofila



Esquema general de la Fotosíntesis




Detalle de la etapa luminosa de la Fotosíntesis que ocurre en la membrana tilacoides




Esquema de la fijación del Carbono




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REPRODUCCIÓN CELULAR

Esquema que representa las etapas del Ciclo Celular




MITOSIS

Representación de las diferentes etapas de la Mitosis




MEIOSIS

Representación de las diferentes etapas de la Meiosis




Intercambio genético entre cromosomas homólogos (Crossing Over) durante la profase de la primera división meiótica



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BASES MOLECULARES DE LA HEREDABILIDAD GÉNICA

EL ADN COMO MATERIAL GENÉTICO

Experimentos de Hershey and Chase que demuestran que el ADN es el responsable (y no las proteínas) de la reproducción del fago T2 durante la infección de bacterias






LA MOLÉCULA DE ADN

Modelo de la molécula de ADN propuesto por Watson y Crick




Enlaces dobles y triples entre moléculas en la doble cadena de ADN



CROMOSOMAS

Esquema del empaquetamiento de la hebra de ADN, formando la cromatina y los cromosomas




Empaquetamiento del ADN en el núcleo de la célula



REPLICACIÓN


Replicación de la molécula de ADN, mostrando las enzimas que participan en el proceso





EXPRESIÓN GÉNICA

Flujo de información genética en la célula eucariotica






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TRANSCRIPCIÓN

Esquema de la Transcripción




Modelo simplificado para el efecto de un activador en la transcripción



Flujo de información genética del ADN a proteínas



Detalle de la transcripción



Transcripción de un gen



Uniones de exones en el ARN (Splicing)




TRADUCCIÓN

Flujo de información genética del ADN a proteínas




Ensamble de un ribosoma funcionando




Estructura del ARN de transferencia (ARNt)




Iniciación de la traducción

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Sitios de unión a ribosomas libres y ocupados



Diccionario del código genético





Procesos de transcripción y traducción en la célula




Traducción del mensaje contenido en el ARN hasta formar una proteína

a) El ribosoma acepta ARNs de transferencia cargados, complementarios a sus codones.

b) El aminoácido recién llegado se agrega al polipéptido naciente y el ribosoma se mueve al codón siguiente.

c) El proceso anterior se repite hasta que se llega a un codón de término y un factor proteico libera al mensajero y al polipéptido




Bases moleculares de la anemia de glóbulos rojos falciformes




Tipos de mutaciones y sus efectos

ADN RECOMBINANTE

Formación de una molécula de ADN recombinante

1) y 2) Algunas secuencias del ADN son reconocidas por enzimas de restricción que lo cortan en fragmentos.

3) Un fragmento de ADN proveniente de otra fuente es agregado y se aparea con los fragmentos mediante complementación de las hebras.

4) La enzima ADN ligasa une covalentemente las hebras dejándolas continuas

TRANSFORMACIÓN DE PLANTAS

Transformación de plantas:

1) Un gen de interés es clonado en el plásmido Ti de la bacteria Agrobacterium tumefaciens, obteniéndose un plásmido recombinante.

2) El nuevo gen es insertado en el genoma de células vegetales en cultivo mediante la infección porAgrobacterium.

3) Regeneración de una planta transgénica completa a partir de una célula transformada




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GENETICA

GENETICA MENDELIANA

Gregorio Mendel (1822 - 1884). En su juventud Mendel tuvo una intensa formación práctica en el cultivo de la mayoría de las especies vegetales de consumo cotidiano. Como monje agustino tuvo oportunidad de estudiar botánica, matemática y química en la Universidad de Viena. A mediados del siglo XIX propuso la primera explicación científica en relación al modo en que se transfieren los caracteres hereditarios entre padres e hijos, la que hoy se conoce como las Leyes de Mendel

MENDEL Y SUS EXPERIMENTOS

El éxito científico de los experimentos realizados por Mendel en la huerta del monasterio de la que hoy es la ciudad de Brno en Republica Checa, radica en el Material Biológico elegido, es decir, la capacidad de auto polinizarse de las flores de la planta de arveja y la sencilla identificación de sus caracteres; en la metodología empleada en la planificación de sus experimentos, es decir, en la aplicación del método científico y en la aplicación de las leyes de las probabilidades, aplicadas al lanzamiento de 2 monedas y de 4 monedas, que le sirvió para predecir sus resultados experimentales.

MATERIAL BIOLOGICO

Esquema de la morfología de la flor de la planta de arveja, que sólo permite

(a) la 'auto polinización' en la naturaleza y que posibilita

(b) la polinización cruzada sólo como producto de la manipulación experimental



Esquema que muestra las alternativas dominantes y recesivas de algunos de los caracteres fenotípicos de la planta de arveja estudiados por Mendel

METODOLOGIA

Esquema que muestra las etapas del Método Científico como se le conoce hoy y como fuera aplicado por Mendel en la realización de sus ensayos experimentales



Cuadro de Punnett que muestra las probabilidades de obtener 'caras' y 'sellos' al lanzar 2 monedas: las combinaciones posibles son 4: La probabilidad de obtener 1 cara o 1 sello al lanzar una moneda es de 1/2.

La probabilidad de obtener 2 caras o 2 sellos de manera simultánea al lanzar 2 monedas es de 1/4, es decir, (1/2 * 1/2). La probabilidad de obtener 1 cara y 1 sello de manera simultánea al lanzar 2 monedas es de 1/2, es decir, 2(1/2 * 1/2)



Cuadro de Punnett que ilustra las Probabilidades de obtener 'caras' y 'sellos' al lanzar 4 monedas: en esta ocasión las combinaciones posibles son 16

LEYES DE MENDEL

Mendel formuló dos hipótesis respecto a la manera de cómo se heredan los caracteres fenotípicos:

La Primera Hipótesis propone que: "Los caracteres fenotípicos hereditarios están determinados, en cada individuo, por un par de partículas discretas. Estas partículas provienen una de cada progenitor, son transferidas en los gametos, se separan en la formación de estos e interactuan sin afectarse unas a otras" .

La Segunda Hipótesis establece que: "Las partículas discretas que concurren en la determinación de los caracteres fenotípicos diferentes, se separan de manera independiente y aleatoria al momento de la formación de los gametos".

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PRIMERA LEY DE MENDEL

Diagrama de los resultados obtenidos por Mendel al cruzar razas puras considerando el carácter 'color de la semilla'



Diagrama de la 'retrocruza' o 'cruzamiento control' realizado por Mendel considerando el carácter 'color de la semilla'. Consiste en cruzar a un individuo que presenta la alternativa dominante con otro que presenta la alternativa recesiva (raza pura)




a) Alternativas dominantes y recesivas de los caracteres de la planta de arveja estudiados por Mendel.

b) Resultados en la F2, de los cruzamientos realizados por Mendel al cruzar razas puras para cada uno de los caracteres y permitir posteriormente la autofecundación de la F1




Diagrama del cruzamiento entre ratones que presentan diferente alternativa (negro y café) para el color de su pelaje (razas puras en la nomenclatura de Mendel)




Diagrama del 'cruzamiento control' entre ratones de pelaje 'negro' y 'café'

SEGUNDA LEY DE MENDEL

Diagrama del cruzamiento realizado por Mendel al cruzar razas puras de plantas de arveja considerando simultáneamente el carácter 'color de la semilla' y 'textura de la testa de la semilla'




Diagrama del 'cruzamiento control' de los experimentos de Mendel en que se consideran 2 caracteres simultáneamente




Diagrama del cruzamiento entre ratones en que se considera el 'color del pelaje' (negro y café) y la 'longitud del pelo' (corto y largo)

GENETICA MODERNA

A la luz de los conocimientos de la Biología Moderna, las Leyes de Mendel pueden ser reformuladas de la siguiente manera:

Primera Ley: el par de Genes Alelos que participan en la determinación de un carácter, ocupan el mismo locus en los Cromosomas Homólogos. Estos cromosomas se separan en la Gametogénesis en virtud de un proceso denominado Meiosis.

Segunda Ley: los pares de genes alelos que participan en la determinación de diferentes caracteres, y que se encuentran en cromosomas homólogos diferentes, se separan de manera independiente y aleatoria en la gametogénesis.
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GENES ALELOS

Ilustración de la ubicación de dos pares de genes alelos y sus loci en 2 cromosomas homólogos hipotéticos diferentes



CROMOSOMAS HOMÓLOGOS

Parejas de cromosomas homólogos, es decir, aquellos que poseen idéntica secuencia de genes alelos que se relacionan con la determinación de los mismos caracteres fenotípicos, ubicados formando 'parejas' en la zona ecuatorial de una célula que se encuentra en la Metafase I de la meiosis


GAMETOGÉNESIS

Diagrama que ilustra el proceso de formación de los espermatozoides o gametogénesis masculina


Diagrama que ilustra el proceso de maduración de los gametos femeninos o gametogénesis femenina



MEIOSIS

Importancia de la meiosis en el Ciclo Biológico humano como generador de la condición 'haploide' de los gametos y el consecuente restablecimiento y mantención de la condición diploide de las células somáticas


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GENÉTICA NO-MENDELIANA

Las leyes de Mendel sólo se aplican a algunas situaciones hereditarias restringidas, es decir, para aquellos caracteres que están determinados por un sólo par de genes alelos y que se encuentran en cromosomas homólogos distintos. Entre los mecanismos hereditarios que no se ajustan a las leyes descritas por Mendel, se pueden mencionar los siguientes:

Genes Ligados

Herencia Intermedia

Alelos Múltiples

Sistema de Poligenes

Epistasis

Pleiotropía

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GENES LIGADOS

Entrecruzamiento (crossing over) de las cromátidas de dos cromosomas homólogos. Como consecuencia de este intercambio de trozos de cromátidas, se transfieren genes de un cromosoma homólogo a otro




CODOMINANCIA

Herencia Intermedia o Codominancia. Diagrama del cruzamiento entre plantas de 'Boca de Dragón', en la que los alelos que interactuan para determinar el color de la flor tienen igual fuerza de expresión ( no existe dominancia - recesividad)


ALELOS MÚLTIPLES

Herencia mediante Alelos Múltiples. Cuadro en que se ilustra la composición genotípica y fenotípica de los distintos grupos sanguíneos


Caso 1: Diagrama que representa la probable descendencia de un matrimonio en que ambos esposos tienen grupo sanguíneo 'A'.
Caso 2: Diagrama que representa la probable descendencia de un matrimonio en que uno de los esposos tienen grupo sanguíneo 'AB' y el otro tiene grupo sanguíneo 'cero'




SISTEMA DE POLIGENES

Herencia mediante Sistema de Poligenes: Diagrama en que se ilustra la herencia del color de la piel en humanos






Diagrama que ilustra la probable descendencia de un matrimonio en que uno de los cónyuges tiene color de la piel 'mulato' y el otro es 'blanco



Diagrama que ilustra la Herencia Poligénica del 'color de la espiga' de una variedad de trigo



Ilustración gráfica de la herencia de la estatura en humanos (Herencia Poligénica), la que se encuentra determinada por varios pares de alelos cuya fuerza de expresión fenotípica se suma



EPISTASIS

Diagrama que ilustra la interacción génica existente entre 2 pares de alelos que participan en la determinación del color del pelaje de cierta especie de ratones silvestres



Ilustración de las distintas formas que puede tener la cresta de una variedad de gallos producto de la interacción epistásica entre dos pares de genes alelos



PLEIOTROPIA

Diagrama que ilustra el efecto pleiotrópico de los genes que determinan la forma de la pluma en una variedad de gallinas


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GENETICA DE POBLACIONES

Los organismos de una especie pueden ocupar una gran variedad de ambientes a lo largo de un rango geográfico. La expresión local de la especie (= población) en cualquier punto del rango geográfico producto de un conjunto de adaptaciones, se denomina ecotipo, y la serie geográfica de ecotipos se denomina ecoclina. Cada ecotipo o población puede ser analizado considerando la composición de sus elementos diploides, es decir, los organismos; o a base de sólo los componentes de su fase haploide, es decir, a base de los gametos y/o de los alelos que estos llevan. La ley de Hardy Weinberg se utiliza como modelo de referencia para evaluar si ha existido cambios en la frecuencia de los alelos y/o de los genotipos en una población o ecotipo


ECOTIPOS Y ECOCLINAS

Distribución geográfica (ecoclina) de una especie de arbusto y la modificación que experimenta su arquitectura corporal (ecotipos) como respuesta a las adaptaciones al clima local




Distribución geográfica (ecoclina) de una especie de pájaros y la modificación que experimenta su tamaño corporal (ecotipos) como respuesta adaptativa a las condiciones climáticas locales




FRECUENCIA ALÉLICA

Relaciones entre 'frecuencias', 'porcentajes' y 'proporciones'



Ley de Hardy - Weinberg respecto a un caso de herencia simple que considera el carácter 'color de la flor' en plantas con herencia intermedia


HARDY-WEINBERG



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SISTEMA NERVIOSO

Comunicación Celular


Sistema Nervioso
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COMUNICACIÓN CELULAR

En animales, las señales químicas que utilizan las células para su comunicación pueden ser clasificadas en tres tipos de señales celulares: endocrinas, paracrinas y autocrinas. Además, existe el traspaso de información directa de moléculas de una célula a la célula adyacente a través de 'uniones celulares' o GAP. El mecanismo por el cual el tejido blanco reconoce a una señal química, como por ejemplo una hormona, es por la presencia de receptores específicos para cada hormona. Dependiendo de la localización de los receptores es posible distinguir dos mecanismos de acción de estas señales químicas. En los casos en que la activación de la célula blanco es mediada por la unión de la señal química a receptores específicos localizados en la membrana plasmática, el efecto se traduce en la formación de segundos mensajeros o intermediario hormonal. En el caso particular del sistema nervioso la comunicación entre neuronas, células especializadas de este tejido, se realiza a través de una sinapsis.


SEÑALES CELULARES

Esquema que ilustra el mecanismo de acceso de una señal endocrina (a) y paracrina (b).



Esquema que ilustra el mecanismo de acceso de una señal autocrina y el traspaso directo de información de una célula a otra adyacente mediada por uniones intercelulares.



MECANISMO DE ACCIÓN DE SEÑALES QUÍMICAS

El esquema ilustra que el mecanismo de acción de las señales químicas está mediado por la unión de la hormona a receptores específicos intracelulares (a) o a receptores de superficie (b).




TIPOS DE RECEPTORES

Esquema que muestra que una señal química o neurotransmisor que se une directamente a un canal iónico en la membrana, activando el canal para permitir el paso de iones, corresponde a un receptor 'ionotrópico' (A).

Por otra parte si el neurotransmisor al unirse a su receptor activa una cascada de segundos mensajeros y alguno de ellos es responsable de activar los canales iónicos, corresponde a un receptor 'metabotrópico' (B).

El tercer caso corresponde al receptor de tirosina.



SEGUNDOS MENSAJEROS CELULARES

La diversidad de señales que una misma célula recibe ha determinado que exista una gran variedad de vías metabólicas asociadas a cada estímulo y que implican la producción de segundos mensajeros intracelulares específicos. Probablemente debido a la complejidad de estos sistemas es un área en que la ciencia progresa rápidamente. A continuación se ilustra parte de los mecanismos más conocidos:

Estructura del Receptor Beta adrenérgico

Inositol 3 Fosfato (IP3)

Activación de la Proteina Cinasa C

Complejo Ca+2/ Calmodulina

Activación directa de un canal por Proteina G y canal

Proteina G y Fosforilación

Activación de genes por cAMP


SEGUNDOS MENSAJEROS INTRACELULARES

Esquema que ilustra tres vías de segundos mensajeros que son activados por los siguientes estímulos químicos: noradrenalina (NA) mediada por cAMP y el sistema adenilato ciclasa; acetilcolina y la vía del fosfoinositol (IP3) e histamina y la producción de ácido araquidónico y prostaglandinas.




RECEPTOR BETA ADRENÉRGICO

Esquema que muestra la estructura de un receptor beta adrenérgico y el sitio de unión a proteína G en su cara citosólica.




VÍA DEL INOSITOL 3 FOSFATO/IP3

Ilustra que la activación de la vía del IP3 resulta en la liberación de calcio desde reservorios intracelulares como es el retículo endoplásmico.




PROTEÍNA CINASA C

Mecanismo de acción de la proteína cinasa C que involucra la fosforilación de proteínas utilizando ATP como substrato.




PROTEÍNA CINASA DEPENDIENTE DE CALCIO/CALMODULINA

El mecanismo de la proteína Cinasa C involucra su unión con calcio intracelular, proceso facilitado por la calmodulina y la posterior fosforilación de proteínas específicas que producen la respuesta celular.






PROTEÍNA G Y ACTIVACIÓN DE UN CANAL DE POTASIO

Esquema que ilustra la activación 'directa' de un canal de potasio por la proteína G.




PROTEÍNA G Y ACTIVACIÓN DE UN CANAL DE POTASIO POR FOSFORILACIÓN

En este esquema la proteína G activa el sistema cAMP y la activación del canal ocurre por fosforilación regulada por cAMP




ACTIVACIÓN DE GENES MEDIADA POR cAMP

Este esquema involucra la producción de cAMP dependiente de proteína G, fosforilación del canal dependiente de cAMP y un paso adicional que es la activación de genes, producción de mARN, síntesis de proteínas que modifican la actividad del canal.




SINAPSIS

Esquema que ilustra la comunicación entre neuronas. En (A) se observa la liberación del neurotransmisor desde el terminal pre-sináptico, su unión a receptores específicos que activan el terminal post-sináptico (B) y la posible producción de segundos mensajeros permeables que constituyen las señales transcelulares ©



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SISTEMA NERVIOSO

Esquema que ilustra los componentes del Sistema Nervioso




La unidad funcional del sistema nervioso es la neurona, célula especializada en recibir y enviar información.

La distribución asimétrica de los iones entre el espacio intra y extracelular produce una diferencia de carga eléctrica entre ambos lados de la membrana plasmática que se denomina potencial de membrana o de reposo. La membrana plasmática posee proteínas que forman poros o canales iónicos a través de los cuales se movilizan los iones entre el espacio intra y extracelular.

Las neuronas son altamente excitables y tienen la capacidad de responder a estímulos de diversa índole aumentando la permeabilidad de la membrana al sodio y si el estímulo es lo suficientemente intenso se inicia un potencial de acción.

El sistema nervioso central está organizado como un sistema integrado para poder realizar las complejas tareas que tiene a su cargo. Uno de sus componentes es el sistema nervioso periférico que incluye los receptores sensoriales que le ayudan al organismo a ajustarse al ambiente. También está el sistema nervioso autónomo que ayuda a mantener la homeostasis en respuesta a cambios en el medio interno


LAS NEURONAS: CÉLULAS ESPECIALIZADAS DEL SISTEMA NERVIOSO

La neurona se distingue de todas las demás células por sus largas extensiones o procesos citoplasmáticos. La porción más grande de la neurona, el cuerpo celular, contiene el grueso del citoplasma, el núcleo y la mayor parte de los organelos. Dos tipos de extensiones citoplasmáticas se proyectan desde el cuerpo celular de una neurona multipolar: numerosas dendritas se extienden desde un extremo y un largo axón emerge del extremo opuesto. Las células de Schwann, que son células de sostén presentes fuera del sistema nervioso central, forman vainas alrededor de algunas neuronas. La información de una neurona a otra se realiza mediante la sinapsis neuronal.

INTERNEURONA

Esquema de una interneurona con un alto desarrollo de las dendritas




TIPOS DE NEURONA

Esquemas de las neuronas mas típicas del sistema nervioso




CÉLULA DE SCHWANN

Esquema que ilustra como la célula de Schwann envuelve al axón con una vaina de mielina que actúa como un aislante por su alto contenido de lípido




SINAPSIS QUÍMICA NEURONAL

Esquema de la sinapsis neuronal. Se destaca el terminal pre-sináptico que libera el transmisor y la presencia de receptores específicos en el terminal post-sináptico

POTENCIAL DE MEMBRANA

La distribución asimétrica de iones en la membrana plasmática determina el potencial de reposo o de membrana. Los iones más importantes son el sodio, potasio y cloro. Si se introduce un electrodo al interior de una célula nerviosa es posible registrar su potencial de membrana que puede ser de -60 a -70 mV


IONES DEL POTENCIAL DE REPOSO

Esquema que muestra los iones más importante involucrados en el potencial de reposo celular. Se observa alta concentración de sodio (150 mM ) y baja de potasio (4 mM potasio) en el extracelular. En el intracelular la situación es inversa




POTENCIAL DE REPOSO

Esquema que muestra el registro del potencial de reposo o de membrana de una célula




CANALES IÓNICOS DEL AXÓN

Esquema de los canales iónicos presentes en el axón



Registro de las corrientes producidas por el flujo de iones en un canal único activado por acetilcolina




POTENCIAL DE ACCIÓN

Las etapas más importantes en la generación de señales eléctricas en las neuronas son:

Generación de un Potencial de Acción

Propagación del Impulso

Depolarización y Repolarización del Axón

Conductancias a los iones sodio y potasio durante el Potencial de Acción

Período Refractario en el axón

Sinapsis Química y Eléctrica en la comunicación neuronal

Miastenia Gravis una Enfermedad Neuromuscular
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GENERACIÓN DE UN POTENCIAL DE ACCIÓN EN UN AXÓN

El esquema muestra los canales iónicos involucrados en la generación de un potencial de acción en un axón. El proceso se inicia cuando los canales de sodio activados por voltaje se abren y los iones sodio ingresan al interior de la célula y esta se depolariza








PROPAGACIÓN DEL IMPULSO NERVIOSO

Esquema que muestra la propagación del impulso nervioso en el axón. Se indica además la dirección en que viaja el impulso dentro del axón




DEPOLARIZACIÓN Y REPOLARIZACIÓN DEL AXÓN

Se compara la propagación del potencial de acción

en una fibra sin mielina (a)

y una fibra mielinizada (b).

Se conoce como conducción saltatoria al hecho que el potencial de acción ocurre en la zonas no cubiertas con mielina o nodos de Ranvier




CONDUCTANCIAS IÓNICAS DURANTE EL POTENCIAL DE ACCIÓN

Los esquemas muestran las conductancias iónicas al sodio y al potasio durante la generación de un potencial de acción. Un aumento de la conductancia (g) al sodio precede al aumento en conductancia al potasio




PERÍODO REFRACTARIO DEL AXÓN

El período refractario se define como el tiempo que debe transcurrir entre dos estímulos sucesivos y que generen un potencial de acción. Observamos en el esquema que un intervalo de tiempo de al menos 8 milisegundos entre el primer y segundo estímulo es necesario para generar un potencial de acción




SINAPSIS QUÍMICA Y ELÉCTRICA

El esquema muestra que en la sinapsis química hay un retraso sináptico debido a los procesos de liberación de neurotransmisor y activación del terminal post-sináptico



El esquema muestra una sinapsis eléctrica entre el terminal pre-sináptico y post-sináptico que ocurre por la presencia de uniones celulares (GAP) entre ambos terminales sinápticos. No hay retraso en la transmisión del impulso




MIASTENIA GRAVIS UNA ENFERMEDAD NEUROMUSCULAR

En el esquema se observa que en esta enfermedad hay una disminución significativa de los receptores de acetilcolina presentes en el músculo, por lo que se reduce la capacidad de respuesta de los músculos esqueléticos con serias consecuencias motoras



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ANATOMÍA Y FUNCIONES DEL SNC

A continuación se identifican los componentes y las funciones del sistema nervioso que caracterizan la estructura y funcionalidad de este sistema:

La Médula Espinal

El Arco Reflejo

Componentes del Encéfalo

Funciones de las distintas partes de la Corteza

La Formación Reticular

Vías aferentes y eferentes del sistema sensorial y motor

Corteza Motora y Sensorial

Memoria

Estimulación Visual y Auditiva

Integración Cerebral

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LA MÉDULA ESPINAL

La medula espinal se extiende desde la base del encéfalo hasta el nivel de la segunda vértebra lumbar. Sus funciones principales son transmitir impulsos hacia y desde el encéfalo y controlar muchas actividades reflejas



El esquema muestra en detalle la relación morfológica entre la médula espinal y las vertebras



LOS COMPONENTES DE UN ARCO REFLEJO

El esquema muestra los componentes de un arco reflejo extensor de la rodilla. Observar la activación de una interneurona inhibitoria del músculo flexor




EL ENCÉFALO

El esquema muestra los componentes más importantes del encéfalo que se caracteriza por su creciente complejidad en el proceso evolutivo de los vertebrados




LA CORTEZA DEL ENCÉFALO Y SUS FUNCIONES

El esquema ilustra la corteza cerebral. Se divide funcionalmente en tres zonas: sensoriales, motoras y de asociación




FORMACIÓN RETICULAR

La formación reticular que se muestra en el esquema es una vía neuronal compleja situada al interior del tallo cerebral y del tálamo. Se encarga de mantener la conciencia o el estado de alerta. Una lesión grave en esta región puede significar un coma profundo y permanente




SISTEMA SENSORIAL Y MOTOR

Muestra las vías aferentes y eferentes del sistema nervioso periférico y su relación con el sistema nervioso central



CORTEZA MOTORA Y SENSORIAL

Representación sensorial y motora de la corteza en el hemisferio izquierdo




MEMORIA

Estructuras del encéfalo que participan en la memoria




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ESTIMULACIÓN VISUAL Y AUDITIVA

Utilizando la técnica de PET (Positron Emission Tomography) se obtuvo estas imágenes que muestran la actividad en la corteza visual frente a distintos estímulos luminosos



Utilizando la técnica de PET (Positron Emission Tomography) se obtuvo estas imágenes que muestran la actividad en la corteza auditiva




INTEGRACIÓN EN EL CEREBRO

Utilizando la técnica de PET (Positron Emission Tomography) se adquirieron estas imágenes que muestran la actividad cerebral frente a estímulos de distinto nivel de complejidad

SISTEMA NERVIOSO AUTÓNOMO

Se muestra un esquema del sistema nervioso autónomo compuesto por el sistema simpático y parasimpático que normalmente ejercen acciones antagónicas en los órganos y estructuras que inervan




Se ilustra un ejemplo de la inervación autónoma del corazón


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Proximo Capitulo:
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RECEPTORES SENSORIALES

Unas de las propiedades de las redes neuronales del sistema nervioso son la divergencia y convergencia que facilitan el procesamiento de señales por núcleos específicos en el cerebro o una respuesta de movimiento masiva frente a una situación de peligro. El cerebro recibe información del medio externo a través de receptores sensoriales ubicados en la piel (dolor, tacto temperatura, etc.) y de los órganos de los sentidos como el olfato y la vista. Uno de los casos mejor estudiados corresponde a la vías involucradas en la visión."

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DIVERGENCIA Y CONVERGENCIA

Esquema que muestra las propiedades de divergencia y convergencia de los circuitos neuronales




RECEPTORES DE LA PIEL

Se muestra un esquema de los receptores de la piel





ORGANIZACIÓN DE LOS RECEPTORES DEL OLFATO EN HUMANOS

Estructura de la nariz y su relación con los receptores del olfato




ORGANIZACIÓN DE CONOS Y BASTONCITOS EN EL PROCESO DE LA VISIÓN

Esquema de la retina y la organización funcional de los conos y bastoncitos en la especie humana




Estructura de un bastoncito humano. Además se indican los canales iónicos que participan en el proceso de transducción en la visión




ORGANIZACIÓN DE LA VÍA VISUAL

Esquema que muestra el procesamiento de la información visual y las vías involucradas




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SISTEMA ENDOCRINO

En los seres vivos la información de las condiciones internas y externas es transmitida continuamente a los centros de integración, desde donde se inician las respuestas apropiadas. La comunicación y la integración de la información se realiza a través de señales químicas y corresponden al control endocrino de la homeostasis de un individuo. Una vía más directa y rápida de comunicación está constituído por el sistema nervioso, donde las neuronas utilizan señales eléctricas, impulsos nerviosos, para conducir la información y forman parte del control nervioso de la conducta de un individuo. Se sabe en la actualidad que hay una considerable superposición entre estos dos sistemas.

Las hormonas son moléculas que se secretan en una zona del organismo por células especializadas que forman una glándula. Las hormonas son transportadas por el torrente sanguíneo hacia otras partes del cuerpo donde actúan sobre determinados órganos y/o tejidos blanco. Las glándulas se clasifican en exocrinas si sus productos secretados se vacían en superficies, como la piel o la cavidad estomacal y en endocrinas si sus productos de secreción salen al intersticio desde donde difunden hacia la sangre para su posterior distribución a través del organismo.

La producción de hormonas está regulada por complejos sistemas retroactivos de alimentación, conocidos como retroalimentación positivos y negativos y que son ilustrados en el esquema de Regulación de la Secreción Hormonal en el sistema endocrino.



Esquema del sistema endocrino que ilustra algunos órganos productores de hormonas. La hipófisis libera hormonas que regulan las secreciones hormonales de otras glándulas como la tiroides y la corteza suprarrenal, y de las glándulas sexuales. La hipófisis por otra parte se encuentra sujeta al control nervioso del Hipotálamo. Es por eso que el hipotálamo es considerado el principal nexo entre el sistema endocrino y nervioso

Hormonas Hipofisiarias

Relaciones entre hormonas y Funciones

Tiroides y Paratiroides

Regulación de la Glucosa en la Sangre

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CONTROL EN EL SISTEMA ENDOCRINO Y NERVIOSO

Esquema que ilustra la forma de transportarse la información a largas distancias y las diferencias entre el sistema Nervioso y Endocrino




Tipos de glándulas en el sistema endocrino. Ejemplo de glándulas exocrinas son la glándula mamaria, las sudoríparas y la parte del páncreas que secreta enzimas que participan en la digestión de alimentos. Glándulas endocrinas que secretan sus productos al intersticio como: la hipófisis, las gónadas y la tiroides




REGULACIÓN DE LA SECRECIÓN HORMONAL

El esquema ilustra los mecanismos de regulación de la secreción de hormonas en los cuales se integran distintos niveles de información. La información del medio externo que se recibe por los órganos de los sentidos en el encéfalo o por cambios en el medio interno es recibida por el hipotálamo que estimula la producción de hormonas en la hipófisis a través de la producción de hormonas liberadoras. Las hormonas hipofisiarias a su vez, aumentan la producción de hormonas de los órganos blanco. Sin embargo, cuando las concentraciones de hormonas alcanzan su nivel límite, por retroalimentación negativa, este proceso se inhibe tanto a nivel hipofisiario como del hipotálamo



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HORMONAS PRODUCIDAS POR LA HIPÓFISIS

Hormonas producidas por la hipófisis anterior o adenohipófisis




RELACIONES ENTRE HORMONAS Y SUS FUNCIONES

Esquema que ilustra las relaciones entre el hipotálamo y las hormonas secretadas por la hipófisis anterior. El mecanismo por el cual el hipotálamo regula la secreción de la hipófisis es por la producción de factores liberadores, o gonadotropinas, específicos para cada hormona hipofisiaria




Esquema de la relación entre el hipotálamo y la hipófisis posterior, o neurohipófisis, donde se secretan la hormona antidiurética (ADH) y la oxitocina




GLÁNDULAS TIROIDES Y PARATIROIDES

Ubicación de la glándula tiroides muy cerca de la laringe. Las glándulas paratiroides se encuentran dentro de la glándula tiroides. La tiroxina es la principal hormona producida por la tiroides se caracteriza por la presencia de 4 átomos de yodo (I). La falta de yodo en la dieta se asocia al bocio, desarrollo excesivo de esta glándula




Esquema que ilustra la regulación del calcio en la sangre por la 'calcitonina', hormona producida por la glándula tiroides y la 'paratohormona' producida por la paratiroides




REGULACIÓN DE LA GLUCOSA EN LA SANGRE

Esquema de la regulación de la concentración de la glucosa en la sangre. Cuando la concentración de la glucosa es baja en la sangre, el páncreas produce glucagón que estimula el desdoblamiento del glucógeno y la salida de glucosa en el hígado. Cuando la concentración de la glucosa sube, el páncreas secreta insulina que estimula la absorción de glucosa por las células y la conversión a glucógeno en el hígado. También es posible que frente a una situación de estrés se estimule la producción de ACTH que actúa sobre la corteza suprarrenal para producir cortisol y otros compuestos. Estas hormonas aceleran la degradación de proteínas y su conversión a glucosa en el hígado. La estimulación de la médula suprarrenal, por fibras del sistema nervioso autónomo simpático, produce adrenalina y noradrenalina que también aumenta la concentración de glucosa en la sangre




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EL FLUJO DE ENERGÍA Y METABOLISMO

Sistema Circulatorio

Sistema Respiratorio

Sistema Digestivo

Sistema Renal

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SISTEMA CIRCULATORIO

Las células animales necesitan un aporte contínuo de nutrientes y oxígeno, así como la eliminación de los desechos del metabolismo celular. El sistema circulatorio tiene como funciones el transporte de nutrientes desde el aparato digestivo y regiones de almacenamiento hasta todas las células del cuerpo; transporte de oxígeno desde el sistema respiratorio hasta todas las células del cuerpo y de dióxido de carbono en el sentido inverso; eliminación de desechos metabólicos desde las células hasta los órganos de excreción; transporte de hormonas; mantenimiento del equilibrio hidrosalino; defensa contra organismos extraños y regulación de la temperatura en animales homeotermos. Es posible distinguir sistemas circulatorios abiertos y cerrados característicos de algunos invertebrados y vertebrados respectivamente.

En los vertebrados el sistema circulatorio consta de los siguientes componentes:

sangre, que consiste en un tejido conectivo líquido formado por células sanguíneas, y fragmentos celulares presentes en una solución acuosa.

corazón o bomba que impulsa la sangre.

sistema de vasos sanguíneos.

Los principales componentes celulares de la sangre son los glóbulos rojos, leucocitos y plaquetas. El corazón bombea la sangre a través de un sistema de vasos interconectados generando presión contra las paredes de los vasos sanguíneos a la que se le denomina presión arterial. Existe además el sistema linfático que es una red de vasos interconectados cuya función es recolectar líquido desde el intersticio y reincorporarlo a la sangre, además de participar en forma activa en la defensa del organismo. El corazón debido al intenso trabajo mecánico que realiza está sujeto a presentar patologías que alteran su capacidad funcional y entre las más comunes se encuentra el infarto al miocardio.

Esquema de los componentes del sistema circulatorio



Capilares pulmonares

Capilares Sistémicos

Corazón

Venas

Aorta

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SISTEMAS CIRCULATORIOS EN ANIMALES

El esquema muestra dos ejemplos de de sistemas circulatorios en invertebrados como la hidra y la planaria



Comparación de los sistemas circulatorios en peces, anfibios, aves y mamíferos




COMPONENTES CELULARES DE LA SANGRE

Esquema que ilustra la distribución porcentual de los componentes de la sangre




CIRCULACIÓN CAPILAR

El panel (a) muestra una microfotografía electrónica de la estructura de un capilar donde destaca el núcleo de la célula que forma la pared capilar.
El panel (b) muestra un esquema de un capilar donde se destaca el proceso de transmigración de un glóbulo blanco o leucocito a través de la membrana capilar



La foto muestra glóbulos rojos o eritrocitos al interior de un capilar




COAGULACIÓN SANGUÍNEA

Se ilustra la formación de un coágulo caracterizado por la presencia de fibrina




FAGOCITOSIS REALIZADA POR UN GLÓBULO BLANCO

Los leucocitos realizan fagocitosis de microorganismos patógenos como parte del mecanismo de defensa del organismo




SISTEMA LINFÁTICO

Esquema de la red de vasos del sistema linfático que permite la reincorporación de líquido desde el espacio intersticial a la sangre. Además se destaca la ubicación de los ganglios del sistema linfático asociados al sistema de defensa del organismo




INFARTO AL MIOCARDIO

Ilustra el proceso de infarto o muerte de células cardíacas debido a falta de irrigación de estas células por la presencia de un coágulo en la arteria coronaria que es la arteria responsable de la irrigación cardíaca





PRESIONES SANGUÍNEAS EN EL SISTEMA CIRCULATORIO

El gráfico ilustra las presiones sanguíneas en los distintos segmentos del sistema circulatorio







CIRCULACIÓN PULMONAR

Se ilustran los componentes anatómicos de la circulación pulmonar




CIRCULACIÓN PERIFÉRICA

Se ilustra la irrigación del estómago y la musculatura esquelética destacando las variaciones de flujo a cada región dependiendo del diámetro de las arteriolas presentes en cada tejido




ACTIVIDAD ELÉCTRICA DEL CORAZÓN

Ilustra el origen de los impulsos eléctricos en el senoauricular del marcapasos en el corazón y su posterior propagación al resto del corazón




Ilustra el registro de la actividad eléctrica del corazón o 'electrocardiograma'. La letra P indica la depolarización de la aurícula, el complejo QRS corresponde a la depolarización del ventrículo y finalmente T es la repolarización del ventrículo



Ilustra el potencial de acción que se genera en el corazón que comparativamente es más prolongado que el observado en el potencial de acción de un axón




VÁLVULAS DEL SISTEMA VENOSO

Esquema que ilustra las válvulas presentes en las venas de las extremidades inferiores que impiden la devolución de la sangre hacia el lecho capilar




ESTRUCTURA DE LOS VASOS SANGUÍNEOS

La estructura anatómica de los vasos sanguíneos varía dependiendo del tipo de vaso sanguíneo y su ubicación en el sistema circulatorio. Las 'arterias' poseen una prominente capa de fibras musculares y elásticas que le confieren las propiedades mecánicas propias de sus funciones. Las 'arteriolas' también son similares en estructura a las arterias pero de diámetro menor. El lumen de los vasos está recubierto por una monocapa celular que es el endotelio. Las 'venas' en cambio son de mayor diámetro pero presentan una menor cantidad de musculatura lisa en su pared




El diámetro de los vasos sanguíneos es un factor determinante en el flujo sanguíneo como se ilustra en el esquema. Para una misma presión en el punto de entrada el flujo alcanzado en cada caso depende del diámetro del vaso elevado a la cuarta potencia. Esta propiedad es determinante en la regulación del flujo sanguíneo de las distintas zonas del cuerpo por variaciones en el diámetro arteriolar



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EL INTERCAMBIO DE GASES EN LOS SERES VIVOS


El sistema respiratorio tiene como función principal captar oxígeno del ambiente y expulsar el dióxido de carbono. Durante el proceso evolutivo en las distintas especies el sistema respiratorio ha experimentado cambios importantes desde un sistema difusional simple de intercambio a través de la piel, como ocurre en la lombriz, hasta el sistema de pulmones presentes en los mamíferos como se ilustra en el esquema que sigue a continuación. El sistema respiratorio humano es probablemente unos de los sistemas más afectados por la contaminaión ambiental y el tabaquismo, efectos que derivan en patologías frecuentes como el cancer pulmonar y el deterioro en la calidad de vida de las personas y la muerte.


El esquema ilustra las diversas formas en que se realiza el intercambio de gases en el sistema respiratorio de varias especies




EL SISTEMA RESPIRATORIO HUMANO

Muestra un esquema del sistema respiratorio humano. El intercambio de gases oxígeno y dióxodo de carbono se realiza en estructuras especializadas que constituyen las unidades funcionales del intercambio gaseoso llamadas alvéolos




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Mecánica de la Respiración

Curva de Saturación de la Hemoglobina

El cuerpo carotídeo

Volúmenes Respiratorios

Estructura y Función del Alvéolo


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MECÁNICA DE LA RESPIRACIÓN

El proceso mecánico de la respiración involucra el diafragma y los músculos intercostales. Durante el proceso de inspiración baja el diafragma y la cavidad torácica se dilata. Por el contrario durante la espiración el proceso se invierte y el diafragma sube haciendo salir el aire de los pulmones




CURVA DE SATURACIÓN DE LA HEMOGLOBINA

El gráfico ilustra que la máxima presión parcial de oxígeno se alcanza en los alvéolos y que a nivel de los tejidos es de 40 mm de Hg. Por debajo de 60 mm de Hg el oxígeno se desprende rápidamente de la hemoglobina




REGULACIÓN DE LA RESPIRACIÓN

El esquema ilustra la regulación de la respiración por el cuerpo carotídeo formado por células quimiorreceptoras. Esta estructura se encuentra localizada en las arterias carótidas que llevan sangre directamente del corazón al cerebro. Si ocurre una disminución en el oxígeno circulante hay una activación del cuerpo carotídeo y a través del bulbo raquídeo se envían señales para aumentar la frecuencia y profundidad respiratoria




VOLÚMENES RESPIRATORIOS HUMANOS

Esquema que ilustra los volúmenes respiratorios humanos medidos con un espirómetro. El volumen corriente alcanza a 500 ml y corresponde al volumen que se intercambia en cada ciclo respiratorio. La frecuencia respiratoria en reposo alcanza a 13 ciclos por minuto por lo que el volumen respiratorio minuto alcanza a 6.5 litros (frecuencia x volumen corriente)




ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DEL ALVÉOLO

El esquema ilustra en un corte trasnversal las relaciones anatómicas entre los alvéolos y el sistema circulatorio donde ocurre el intercambio gaseoso




Esquema del intercambio gaseoso a nivel alveolar entre los glóbulos rojos del capilar y los alvéolos




PATOLOGÍAS DEL SISTEMA RESPIRATORIO

El esquema ilustra el deterioro morfológico que sufren los alvéolos durante un proceso inflamatorio como una neumonía y las alteraciones permanentes que ocurren durante un enfisema pulmonar. En ambos casos se ve compremetida seriamente la capacidad funcional de los alveólos.



Las fotografías ilustran en

a) un cáncer pulmonar donde se observa un tumor de color blanquecino con bordes obscuros por compresión y falta de irrigación del tejido pulmonar que lo rodea; en

b) se observan las células ciliadas de un bronquio normal, y en

c) células cancerígenas que se muestran en verde




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