Fisiopatología PDF

FISIOPATOLOGÍA T.1. LA ESTRUCTURA DEL CUERPO HUMANO NIVELES DE COMPOSICIÓN DE LA MATERIA 1. Subpartículas 2. Átomo 3. Moléculas 4. Orgánulos 5. Célula (cumple ya las funciones vitales) 6. Tejidos 7. Órganos 8. Sistemas/aparatos 9. Organismo vivo ORGANIZ...

FISIOPATOLOGÍA T.1. LA ESTRUCTURA DEL CUERPO HUMANO NIVELES DE COMPOSICIÓN DE LA MATERIA 1. Subpartículas 2. Átomo 3. Moléculas 4. Orgánulos 5. Célula (cumple ya las funciones vitales) 6. Tejidos 7. Órganos 8. Sistemas/aparatos 9. Organismo vivo ORGANIZACIÓN DEL CUERPO HUMANO Se organiza en diferentes niveles de menor a mayor complejidad, que ayudaran a comprender el funcionamiento y la estructura del mismo a nivel atómico, molecular, intramolecular, anatómico y organismo vivo. 1. Átomos: unidades fundamentales de la materia, compuestos por un núcleo central que tiene protones, neutrones y alrededor del núcleo electrones, que orbitan en niveles de energía. 2. Moléculas: resultantes de la unión de los átomos entre sí mediante enlaces químicos. Presentan diferente estructura y composición. 3. Moléculas orgánicas: C, H, O, N,P,S… entre otras. Características: -funciones químicas específicas -más complejas -ramificadas -variedades *destaca el carbono, que forma enlaces covalentes con otros elementos. 4. Moléculas inorgánicas: H2O, sales minerales, gases NIVEL CELULAR Las células son las unidades funcionales y estructurales más pequeñas que componen todos los organismos vivos, desde los más simples (bacterias), hasta lo más complejos (ser humano). La célula es: -Unidad básica de vida (cumple las tres funciones vitales). 1 -Unidad funcional de vida (todos los organismos están formados por una o más células). TIPOS DE CÉLULAS 1) Eucariota 2) Procariota REINOS ANIMAL VEGETAL FUNGI PROTISTA MONERA EJEMPLO Caballo rosa heterótrofo -Protozoo bacteria -algas N CÉLULAS pluricelular pluricelular P + Uni U(ameba) unicelular (levadura) P (algas) TIPO heterótrofo autótrofo heterótrofo Heterótrofos Heterótrofa ALIMENTACIÓN autótrofos autótrofa TIPOS DE eucariota eucariota eucariota eucariota procariota CÉLULAS FUNCIONES DE LAS CÉLULAS Son diversas: obtención de energía, replicación de ADN, síntesis de proteínas, respuesta a estímulos externos y eliminación de desechos. Compartimentos celulares/orgánulos (13) 2 MATERIAL GENÉTICO El ADN contiene información para dirigir las actividades celulares. En las células eucariotas se encuentra en el núcleo, y en las procariotas en el citoplasma. DIFERENCIACIÓN CELULAR Durante el desarrollo de un organismo multicelular, las células se especializan en funciones específicas en un proceso llamado: diferenciación celular. Esto da lugar a diversos tipos celulares. Por ejemplo, células musculares, nerviosas, epiteliales, sanguíneas…etc. NIVEL ANATÓMICO En él se incluyen los niveles: 1) Histológico 2) Orgánico 3) Sistémico 4) Aparato N. HISTOLÓGICO Las células humanas no son todas iguales ya que cada una se adapta para poder responder a su función en el organismo. Así, encontramos células especializadas en almacenar grasa, células planas (actúan como recubrimiento), células adaptadas para transmitir impulsos nerviosos...etc. ¿qué es un tejido? Son grupos de células similares que trabajan juntas para llevar a cabo funciones específicas en el organismo. Tipos de tejidos 1. Epitelial 2. Conjuntivo 3. Muscular -Nervioso -Sanguíneo Epitelial: se caracterizada por su organización en capas o láminas de células que están muy cercanas entre sí. También recubren superficies internas y externas del cuerpo. El tejido epitelial cumple varias funciones esenciales y se encuentra en una variedad de ubicaciones que van desde la piel a membranas mucosas de los órganos internos. También forman glándulas. 3 Conjuntivo: es un tejido altamente diverso que cumple una variedad de funciones importantes en el cuerpo, incluyendo el soporte estructural, la unión de tejidos y órganos, el almacenamiento de energía, la protección y la defensa inmunológica. Tipos: -óseo -cartilaginoso -adiposo -conectivo Tejido muscular: desempeña un papel crucial en la generación de movimiento y la contracción de órganos internos. El tejido muscular está compuesto principalmente por células especializadas llamadas fibras musculares o miocitos, que tienen la capacidad de contraerse en respuesta a estímulos nerviosos. Tipos: -cardiaco -liso -estriado Tejido nervioso: está formado por células especializadas llamadas neuronas, y células de soporte llamadas células gliales. Desempeña un papel fundamental en la transmisión de señales eléctricas y químicas, lo que permite la comunicación y la coordinación de las funciones corporales. Tejido sanguíneo: tejido líquido que circula por el organismo. Tiene 2 componentes, el sólido (las células) y el líquido (plasma). Su función es transportar el oxígeno NIVEL ORGÁNICO 4  Un conjunto de tejidos anatómicamente identificable y que desempeñan una función específica, constituye un órgano. En todos los órganos encontramos diversos tejidos, un epitelio que lo recubre, vasos y nervios que lo irrigan e inervan, tejido conectivo…etc. Cuando una serie de tejidos forman una estructura anatómica identificable, y con una función establecida en el organismo, los identificamos como órganos: el corazón, el hígado, la piel…etc. NIVEL SISTEMA Es la agrupación de órganos formados por los mismos tipos de tejidos para desarrollar una determinada función fisiológica. Identificamos los siguientes sistemas: nervioso, muscular, óseo, endocrino u hormonal, tegumentario (piel), linfático y sistema inmunitario. NIVEL APARATO Conjuntos de órganos que pueden ser de tejidos muy diferentes que actúan coordinadamente para cumplir alguna función fisiológica. Aparatos: -Circulatorio -Respiratorio -Digestivo -Urinario -Reproductor Así como en los sistemas encontramos siempre la misma estructura básica (músculo, nervio…) en los aparatos identificamos estructuras muy diferenciadas. Por ejemplo, en el digestivo tenemos dientes, lengua, estómago, intestino, glándulas anejas…etc. NIVEL ORGANISMO VIVO El conjunto de todos los niveles anteriores forma el organismo vivo. Se dice que un organismo está vivo cuando cumple las 3 funciones vitales: nutrición, relación y reproducción. Función de relación: en el ser humano todo es mucho más complejo, puede detectar una gran variedad de estímulos, tanto interiores como exteriores y responder a todos ellos. La gama de estímulos y respuestas va mucho más allá de la supervivencia. Función de reproducción: en el ser humano la reproducción es sexual y el nuevo ser, tendrá una carga genética nueva, formada a partir de las de sus progenitores. Función de nutrición: también este proceso es mucho más complejo, ya que el organismo completo, debe conseguir que todas sus células reciban el oxígeno y los nutrientes que necesitan. NIVEL POBLACIÓN 5 Un grupo de organismos pertenecientes a una especie particular NIVEL BIOCENOSIS O COMUNIDAD O comunidad y es la forma en la que se agrupan las poblaciones NIVEL ECOSISTEMA Es el grupo al que pertenecen muchos organismos y un entorno físico, con el cual se relacionan de una forma generalmente beneficiosa para ambas. NIVEL BIOSFERA Agrupación de todos los ecosistemas. 2. VIRUS, VIROIDES, VIRUSOIDES, PRIONES Y OTROS VIRUS Cuando se descubrieron los virus, no se podían clasificar dentro de los grupos conocidos de seres microscópicos, ni en ninguno de los reinos, porque no encajaban en ninguno. Y por ello, las denominaciones que reciben los virus obedecen a distintos criterios. En algunos casos, se refieren a la enfermedad que producen (el virus de la polio) o al lugar en el que se hallaron por primera vez, por ejemplo, el adenovirus, o por supuesto el nombre de su descubridor, por ejemplo: Epstein-Barr (virus del Herpes). o Morfología y funcionamiento Los virus pueden contener ARN o ADN. Hay virus conocidos y especialmente virulentos, entre los que tienen ARN como, por ejemplo, (VIH); es decir, disponer de ADN no significa automáticamente ser más virulento. La estructura viral varía, pero en general, nos podemos encontrar que tienen una cubierta proteica propia, llamada cápside, y un interior de ácido nucléico. Los virus complejos o bacteriófagos que constan de una cápside poliédrica, una cola, y un sistema de anclaje, formado por espinas y filamentos. Aunque son 6 virus que afectan a las bacterias, llaman la atención, por su estructura compleja y adaptada. Los virus que infectan a los animales suelen tener, además, una membrana similar a la celular, formada por una doble capa lipídica asociada a glicoproteínas que le rodea por completo. Las glicoproteínas son fundamentales para la infertilidad del virus, ya que actúan adhiriéndose a la célula, en la fusión con ella y en la fase de brotación (el virus sale de la célula y se propaga). Por tal motivo, las glicoproteínas, son dianas del sistema inmune. o Ciclo de replicación de los virus Los virus, disponen de un ciclo extracelular (prácticamente inactivo), y otro intracelular, en el que tiene lugar el proceso de reproducción. La reproducción de los virus, más comúnmente llamada replicación, tiene variaciones según el tipo de virus. o Replicación de los virus La replicación suele constar de las siguientes fases: 1) FIJACIÓN/ADHESIÓN 7  2) FUSIÓN/PENETRACIÓN 3) MULTIPLICACIÓN 4) ENSAMBLAJE 5) LIBERACIÓN/BROTACIÓN Fijación: puede variar, pero en general, gracias a las glicoproteínas, el virus se fija en la membrana celular. Fusión/penetración: según se disponga o no de lípidos en su exterior, los virus pueden penetrar con cápside completa o permitir que esta se fusione con la membrana celular. Multiplicación: Según el tipo de ácido nucleico, la multiplicación puede realizarse de varias maneras, pero siempre se produce la replicación de su material genético y la síntesis de proteínas víricas. Ensamblaje de los nuevos virus: construcción de nuevos virus con los materiales formados en la célula (ADN, proteínas víricas…). Pueden tener posteriormente un proceso de maduración. Liberación/brotación: a través de la membrana celular. Es el proceso en cual, el virus sale de la célula, para infectar a nuevas células. Según el tipo de virus, adquirirán parte de la membrana celular como envoltura vírica final. 8 *Efectos de los virus sobre la célula* Muchos virus, al salir de la célula, la destruyen en un proceso llamado lisis celular. Otros provocan cambios irreversibles en la membrana celular, o bien producen un parón del ciclo celular al interferir en él. Estos efectos forman parte del CICLO LÍTICO. Otros, se insertan en el ADN de la célula y permanecen largos años inactivos (latentes) para activarse en un momento determinado por ciertos estímulos (CICLO LISOGÉNICO). Por ejemplo: virus del herpes, virus de la inmunodeficiencia humana…etc. 3. TOPOGRAFÍA CORPORAL Es el estudio de los planos, zonas, regiones y segmentos en que se puede dividir el cuerpo humano. La topografía corporal permite describir posiciones como las que hemos visto anteriormente, localizaciones…etc. En anatomía y en cualquier ciencia de la salud. Pero en la anatomía el interés se centra en el estudio del cuerpo, y por tato, se debe tomar una posición de referencia para que todas las indicaciones sean inequívocas. Por ejemplo, si decimos que un órgano está a la derecha y no hemos establecido cual es la posición de partida, podríamos interpretarlo de distinta forma según como imaginemos que esté colocado el cuerpo. o Posición anatómica estándar: es aquella que se considera por convención adecuada para el estudio anatómico del cuerpo humano. *En posición estándar, la persona se encuentra con los brazos extendidos a lo largo del cuerpo, las palmas de las manos vueltas hacia adelante y los pies dirigidos también hacia adelante. * 9  o Planos de referencia: diferentes planos del cuerpo humano que nos facilitan su descripción y que son resultado de unos cortes o secciones corporales imaginarios: 1. Plano sagital: va de atrás hacia adelante, dividiendo el cuerpo en derecha e izquierda 2. Plano frontal, longitudinal o coronal: el corte va de lado a lado, dividiendo al cuerpo en zona anterior(ventral) y posterior (dorsal). -Plano transversal: corte horizontal que divide al cuerpo en parte superior e inferior. LAS POSICIONES ANATÓMICAS El primer aspecto del que debemos ocuparnos es el de las distintas posiciones anatómicas del cuerpo. Las más importantes son: -Bipedestación (de pie) -Sedestación (sentado) -Decúbito supino (echado/tumbado): lateral y prono TÉRMINOS DE DIRECCIÓN A partir de la posición anatómica, y teniendo en cuenta los planos, podemos hacer referencia a las partes u órganos del cuerpo por la relación de unos con otros. Los términos de dirección que más utilizaremos son los siguientes: -Anterior o ventral: se sitúa por delante. Por ejemplo, el esternón está situado en la parte anterior del tronco. -Posterior o dorsal: se sitúa por detrás. Así decimos que los glúteos están situados en la parte posterior o dorsal del cuerpo. 10 -Lateral derecha o izquierda: se sitúa a uno de los lados del cuerpo. Así vemos que el brazo derecho, está situado en la zona lateral derecha, (derecha del individuo). -Superior, craneal o cefálica: la parte más cercana a la cabeza. Por ejemplo, el corazón tiene una posición cefálica con respecto al intestino. -Inferior o caudal: la parte más alejada de la cabeza. Por ejemplo, el intestino tiene una posición caudal con respecto al corazón. -Medial o interna: hacia la línea media del cuerpo. Por ejemplo, la columna vertebral es medial. -Proximal: está más cerca del tronco. Por ejemplo, el codo es proximal con respecto a la mano. -Distal: parte más alejada del cuerpo. Por ejemplo, la mano es distal con respecto al codo. -Superficial/profundo: lo que está más cerca o más lejos de la superficie del cuerpo. Por ejemplo, la piel es superficial con respecto al hueso. TÉRMINOS DE MOVIMIENTO -Flexión/extensión: disminuir o aumentar el ángulo formado por una articulación. -Supinación/pronación: girar el antebrazo hacia arriba o hacia abajo. -Abducción/aducción: alejamiento o acercamiento de una extremidad del cuerpo. Por ejemplo, cuando levantas y bajas el brazo. -Rotación: girar alrededor de su propio eje. OTROS TÉRMIN0S 11 Existen una gran cantidad de términos que aportan referencias anatómicas o de movimiento. Es interesante prestar atención a los prefijos y sufijos ya que frecuentemente son indicativos del significado. Ejemplos: Anquilo-: rigidez. Ejemplos: anquilosar (rigidez por falta de movimiento), anquilosante (que produce anquilosis o rigidez), anquilosamiento (acción y resultado de anquilosar), anquilosis (disminución de movilidad en articulaciones). Anquiloglosia: enfermedad oral congénita que puede dificultar el amamantamiento, la articulación del habla y tareas mecánicas como lamerse los labios. Este término viene debido a una membrana excepcionalmente corta (el frenillo), que hace que la lengua quede anclada al piso de la boca. Cinesi- o Quinesi-: movimiento. Ejemplos: quinesiología (estudio del movimiento natural del cuerpo humano y del tratamiento de sus posibles afecciones). REGIONES DEL CUERPO Se pueden distinguir cabeza, tronco (tórax y abdomen) y extremidades (superiores e inferiores) o La cabeza: incluye cráneo, cara y cuello y además parte del sistema respiratorio, del digestivo y el nervioso. -Cráneo: aloja el encéfalo formado por el cerebro, el cerebelo, y el tronco encefálico (principal centro nervioso del organismo y controla prácticamente todas sus funciones). Estas estructuras están dentro de una cavidad protegida por una cubierta ósea. -Cara: encontramos los órganos necesarios para el olfato, la audición, la visión y el gusto. Cada uno de estos órganos se conecta directamente con el cerebro mediante los nervios específicos, como son: olfativo, auditivo, óptico y diversos nervios en el caso del gusto. -Cuello: soporta la cabeza, y es una zona de transmisión de impulsos nerviosos, alimentos y aire desde la cabeza hacia el resto del cuerpo; también a través de él, el encéfalo recibe los estímulos procedentes del organismo y la irrigación necesaria para mantenerse en funcionamiento. En el cuello también encontramos una glándula endocrina, el tiroides, y el aparato fonador, gracias al cual el ser humano es capaz de hablar. 12  Tanto la cabeza como el cuello son zonas de gran importancia porque alojan los dos principales componentes del sistema nervioso: el encéfalo y el bulbo raquídeo. También componen las estructuras de soporte y protección: el cráneo y las primeras vértebras. Desde el tronco encefálico, sale la médula ósea, que transmite información desde y hacia el encéfalo, y que también actúa como centro nervioso, ya que en ellas se generan los actos involuntarios. Una interrupción en su continuidad implica que las zonas que están más abajo de la lesión no van a recibir impulsos nerviosos, con lo cual, esta estructura también está especialmente protegida en el interior de la columna vertebral. o Tronco: se divide en tórax, región abdominal y zona pélvica. 1. Tórax: tiene forma de cilindro irregular, está protegido por las costillas, y por su cara ventral y caudal, está delimitado por el diafragma. Está formado por la pared torácica, 2 cavidades pleurales, con un pulmón en cada una de ellas. Cada pulmón está recubierto por la membrana que lo protege denominada pleura. -Mediastino: espacio medio de la caja torácica entre las dos pleuras, la columna vertebral y el esternón, donde está alojado el corazón. Con grandes vasos que entran y salen de la misma zona, se localiza el esófago. El corazón y la parte inicial de los vasos están recubiertos por una membrana denominada pericardio. 2. Abdomen: parte del tronco situada debajo del tórax, su pared muscular, rodea la cavidad abdominal, que limita por arriba por el diafragma y por debajo con la entrada de la pelvis. Contiene las vísceras abdominales rodeadas por una membrana denominada peritoneo. La división topográfica del abdomen se utiliza para describir la ubicación de los órganos abdominales y el dolor asociado con problemas abdominales. Los dos sistemas utilizados más a menudo son el modelo de 9 áreas y el modelo de 4 cuadrantes. 13 3.Región pélvica: cavidad situada en la zona más caudal del tronco. Esta cavidad contiene parte del colon, el recto y la vejiga. En las mujeres, entre el recto y la vejiga, se localiza el útero y la vagina. En los hombres, destaca en esta zona una glándula: la próstata. o Extremidades: superiores (hombro, brazo, antemano y mano) e inferiores (cadera, muslo, pierna y pie). Tienen funciones relacionadas con la posición y el movimiento. En el caso de las extremidades superiores, destacan también extremidades relacionadas con la psicomotricidad fina (manipulación de pequeños objetos, escritura...etc.) y con el tacto. En estas extremidades encontramos estructuras musculares, y óseas, con los vasos y nervios necesarios para su irrigación. CAVIDADES DEL CUERPO -Cavidades internas: craneana, encéfalo-raquídea, cerebelo y médula espinal -Torácica: esófago, pulmones y corazón -Abdominal: estómago, intestinos, hígado, páncreas y bazo. -Pelviana: intestinos, vejiga, útero y próstata. En la cabeza existen otras cavidades en contacto con el exterior: cavidad nasal (aloja las fosas nasales), cavidad bucal (aloja la boca y la garganta), cavidades orbitales (ojos). 4. FISIOLOGIA, PATOLOGÍA Y FISIOPATOLOGÍA La fisiología, es la ciencia que estudia el funcionamiento del cuerpo. Así como la anatomía hace una descripción de las estructuras que se pueden observar en un ser vivo, la fisiología se centra en estudiar su funcionamiento. Cuando existe una enfermedad, el estudio del funcionamiento se denomina: fisiopatología. La fisiopatología es el estudio de las funciones fisiológicas alteradas. Es una parte de la patología (estudio de la enfermedad), pero centrada en su vertiente funcional, en comparar que cambios se detectan durante una enfermedad en las funciones fisiológicas, en comparación con las situaciones de normalidad. FUNCIONES BÁSICAS DEL ORGANISMO HUMANO Son la nutrición, relación y reproducción. La fisiología estudia de forma detallada estas funciones y todas las que están relacionadas con ellas. 14  o Función de nutrición: es el conjunto de procesos que permiten al organismo captar y utilizar las sustancias externas que necesita para su funcionamiento. Esta función básica, por tanto, incluye diversas funciones fisiológicas: digestión, respiración, circulación y excreción. -Digestión: es el proceso por el cual se obtienen y digieren alimentos para obtener nutrientes que el organismo podrá absorber y utilizar. Los materiales no digeridos se expulsan del organismo. -Respiración: es el proceso por el cual se toma aire para obtener de él el oxígeno que el organismo necesita. En el mismo proceso se expulsan los gases de desecho y los no utilizados. Esta función la realiza el aparato respiratorio. -Circulación: sistema de transporte de los nutrientes y el oxígeno hacia cada una de las células y de las sustancias de desecho hacia la zonas de expulsión. Esta función la realiza el sistema circulatorio. -Excreción: conjunto de procesos dedicados a la eliminación de residuos del organismo, que se produce a través de la respiración, la transpiración, y el aparato urinario (sistema de filtrado de la sangre para retirar de ella las sustancias de desecho del metabolismo celular, que se expulsan formando parte de la orina. Este aparato también interviene en la regulación del volumen de sangre que contiene el sistema circulatorio.) *La eliminación de los residuos de la digestión, no es propiamente un mecanismo de excreción, ya que consideramos que estas sustancias no han entrado en el organismo, porque no han salido del tubo digestivo, que está abierto en ambos extremos (la boca y el ano). * o Función de relación: consiste en la captación de estímulos externos, (a través de los sentidos) e internos (receptores internos) y su ejecución. En esta función identificamos 3 fases: percepción, elaboración de la respuesta (SNC) y la respuesta (aparato locomotor, endocrino e inmunitario). -Órganos de los sentidos: tiene células receptoras especializadas capaces de captar estímulos externos (luz, ondas sonoras...etc.) -Sistema nervioso: los nervios transportan los estímulos hasta el sistema nerviosos central, y la respuesta hasta la glándula endocrina, los paquetes musculares u otras estructuras que deban actuar. El SNC, por su parte recibe los estímulos, los interpreta, genera una respuesta y la envía hacia la zona donde se debe ejecutar. -Sistema circulatorio: medio por el cual las hormonas se trasladan hasta la estructura que responde a ellas. 15 -Sistema inmunitario: cuando el estímulo captado como la presencia de un agente extraño, el organismo responde activando su sistema inmunitario. El sistema circulatorio, también será clave para esta respuesta. o Función de reproducción: función de crear nuevos individuos semejantes a los progenitores. Para esta función son necesarios los aparatos reproductores masculinos y femeninos. ¿QUÉ ES LA FISIOPATOLOGÍA? Estudio de los cambios funcionales en el cuerpo como resultado de una lesión, trastorno o enfermedad. Es la combinación de patología y fisiología; es el estudio de los mecanismos de una enfermedad. Términos: Enfermedad (OMS): Alteración funcional de las células, tejidos, órganos y sistemas. Síndrome: signos y síntomas unidos, que provocan alteraciones específicas con un patrón reconocible y predecible. Patogénesis: palabra usada por la ciencia para detallar el origen y el desarrollo de una enfermedad con todos los factores incluidos en ella. Etiología: ciencia que realiza el estudio de las causas u orígenes de las enfermedades. Nosocomial: o enfermedad intrahospitalaria es la contraída por los pacientes en un centro de atención a la salud. Yatrogenia o iatrogenia: cualquier efecto adverso en la salud del paciente que resulta de una intervención médica o de la prescripción de un tratamiento. Manifestaciones clínicas: señales que hacen visible la enfermedad. Pueden ser de 2 tipos: síntomas y signos. Factores desencadenantes de la enfermedad : promueven el inicio de las manifestaciones clínicas. Signos y síntomas locales: Signos y síntomas sistémicos: 16 T.2: LA Célula ÍNDICE: 1. LOS ORGÁNULOS DE LA CÉLULA..............................................................18 1.1 LA MEMBRANA PLASMATICA...............................................................18 1.4 LOS RIBOSOMAS................................................................................23 1.5 EL RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO/ ENDOPLÁSMICO.............................24 PEROSIXOMAS........................................................................................26 VACUOLAS E INCLUSIONES.....................................................................26 LAS MITOCONDRIAS................................................................................26 LOS CENTRIOLOS....................................................................................28 EL NÚCLEO..............................................................................................28 Componentes del Núcleo Celular.........................................................29 FUNCIONES DEL NÚCLEO CELULAR......................................................30 Ciclo Celular y el Rol del Núcleo...........................................................31 Importancia del Núcleo en la Regulación Celular...................................32 17 1. LOS ORGÁNULOS DE LA CÉLULA La materia viva está formada por células en cuyo interior tienen lugar todos los procesos energéticos y biosintéticos necesarios para la vida. En el año 1665, Robert Hooke publicó los resultados de sus observaciones microscópicas realizadas en tejidos vegetales. 1.1 LA MEMBRANA PLASMATICA Es una estructura continúa dotada de cierta permeabilidad, que comunica el medio externo con el citoplasma. Es una estructura dinámica y de gran complejidad que regula la inmensa mayoría de las interacciones entre la célula y su entorno, incluidas las demás células. Mide unos 75 Å de espesor, por lo que su observación solo es posible al M.E. Es una estructura altamente selectiva, que mantiene desigual concentración iónica a ambos lados de la membrana y permite la entrada de nutrientes y la salida de productos residuales. 2 tipos de componentes moleculares: 1) fosfolípidos 2) proteínas. MODELO ESTRUCTURAL DE MOSAICO FLUIDO (SINGER Y MICHELSON 1972) -Las biomembranas están formadas por una matriz fluida constituida por una doble capa lipídica, formada por 2 polos: 1) Hidrófobos: se encuentran enfrentados y son insolubles en agua. 2) Hidrófilos: están en contacto con el hialoplasma o con el medio extracelular y son solubles en el agua. -Las proteínas hidrosolubles están colocadas en ambas partes de la bicapa lipídica (proteínas periféricas). 18 -Las proteínas hidrófobas o integrales están encajadas más o menos profundamente en la bicapa, y sus regiones hidrófilas sale al hialoplasma o al medio extracelular. La organización asimétrica de la membrana, su fluidez (permite que lípidos y proteínas puedan realizar movimientos dentro de la bicapa) y el transporte de sustancias no solubles en los lípidos gracias a las proteínas integrales, son las bases de este modelo. CONSTITUCIÓN QUÍMICA DE LA MEMBRANA Es asimétrica: está formada por lípidos, proteínas, glúcidos y colesteroles cuya proporción varía según el tipo de células. Los principales lípidos de la membrana son: fosfolípidos, colesterol y glucolípidos. Los 3 tipos tienen carácter anfipático, ya que constan de un grupo polar hidrófilo (cabeza) y otro no polar hidrófobo (cola). FUNCIONES Específicas: enzimáticas, de transporte y de transmisión de mensajes. La cantidad y el tipo de proteínas de una membrana reflejan su función. Las proteínas de membrana pueden clasificarse según puedan ser extraídas con mayor o menor facilidad del resto de los componentes de la membrana plasmática en proteínas integrales o intrínsecas, muy asociadas a los lípidos e insolubles en soluciones acuosas (por ejemplo: la glucoforina.) y proteínas periféricas o extrínsecas, fáciles de extraer ya que están poco asociadas a los lípidos y son solución acuosa (Por ejemplo: la espectrina.). Los glúcidos son oligosacáridos asociados covalentemente a lípidos (glucolípidos) o proteínas (glucoproteínas). Su distribución es asimétrica, ya que solo se encuentran en la cara externa de la membrana formando en células eucariotas el glucocálix. Se presenta en células animales. CARACTERÍSTICAS DE LA MEMBRANA PLASMÁTICA 1) Fluidez: de la bicapa lipídica que depende de: 19  El grado de insaturación de las cadenas hidrocarbonadas: cuantos + dobles enlaces + fluidez. Colesterol y otros esteroides: a + colesterol, - fluidez. Temperatura: a + Tª + fluidez. 2) Especialización: en algunas células se especializa en ciertas zonas y desempeña funciones específicas como: Las microvellosidades: incrementan notablemente la superficie celular para la absorción más eficaz de nutrientes. Uniones intercelulares: con funciones distintas, como las uniones de adherencia (desmosomas), las uniones impermeables, o las uniones comunicantes o uniones tipo gap. 3 1 2 A. Microvellosidad. B. Adherencia de tejidos. 3) Mantener encerrado el contenido de la célula. 4) Permite el paso de sustancias entre la célula y el medio externo de manera selectiva y controlada. 5) Conservar el gradiente electroquímico a ambos lados de la membrana. 6) Existencia de sistemas de receptores de señales y mecanismos de transducción de dichas señales: para controlar la división celular y recibir mensajes del exterior, elaborando una respuesta, permitiendo así el intercambio de sustancias entre la célula y el medio externo. MECANISMOS DE PASO DE SUSTANCIAS DE UN LADO A OTRO DE LA MEMBRANA: 1) Transporte pasivo: moléculas de pequeño tamaño sin gasto de energía, bien por simple difusión o difusión facilitada. 2) Transporte activo: Se realiza en contra del gradiente y con consumo de energía metabólica, mientras que si las moléculas son de gran tamaño los procedimientos son endocitosis (fagocitosis si la partícula es sólida y pinocitosis si es líquida) o exocitosis. 20 La membrana plasmática realiza reconocimiento y comunicación celular gracias a los receptores de señales y los mecanismos de transducción de las mismas. La realizan glucolípidos y glucoproteínas. 1.2 LA PARED CELULAR Aparece en bacterias y vegetales. Es de gran importancia ya que su existencia define la totalidad de sus procesos biológicos. La pared bacteriana rodea la membrana plasmática protegiéndola de los cambios externos de presión osmótica y manteniendo la forma externa de bacterias. Christian Gram desarrolló una técnica de tinción, para distinguir dos grandes grupos de bacterias: -Gram positivas: bacterias que fijan y conservan el colorante violeta de genciana. -Gram negativas: no conservan el colorante violeta. El armazón de la pared bacteriana está formado por peptidoglucano. 21 1.3 EI CITOSOL O HIALOPLASMA Es el medio acuoso en el que se encuentran los órganos citoplasmáticos. Es aparentemente homogéneo al microscopio óptico y contiene: 1) 85% de AGUA 2) Proteínas enzimáticas y estructurales. 3) Iones diversos y ácidos nucleicos (ARNm, y ARNt) 4) Precursores de macromoléculas y compuestos del metabolismo intermediario. El citosol: es la reserva de combustibles y materiales como la glucosa, glucógeno y lípidos acumulados en una fase hidrófoba, por lo que no influye en la presión osmótica y se pueden acumular en grandes cantidades. En él tienen lugar numerosas reacciones del metabolismo intermediario (glucólisis, fermentaciones, biosíntesis de moléculas). CITOESQUELETO Compleja red de filamentos proteicos que existen en las células eucariotas, responsables de la forma de la célula, de su organización interna y de su movimiento. A esta red se le denomina citoesqueleto y está formada por microfilamentos filamentos intermedios y microtúbulos. o Los microfilamentos o filamentos de actina: son un conjunto de filamentos proteicos relacionados con la arquitectura y movimiento de la célula. La proteína más característica es la actina. -En las células musculares esqueléticas: los microfilamentos de actina se asocian con filamentos de miosina para originar la contracción muscular. -En células no musculares: los microfilamentos realizan distintas funciones como: servir de esqueleto mecánico en las microvellosidades intestinales; recoger las variaciones del sonido que penetra en el oído por medio de estereocilios; en la división celular; en la ciclosis de orgánulos; en la endocitosis... o Los filamentos intermedios: son filamentos de entre 8 y 10 nm de diámetro. Son polímeros de polipéptidos fibrosos, que desempeñan una función estructural o mecánica en la célula, por ejemplo, los neurofilamentos de las células nerviosas, filamentos de desmina asociada a proteínas de células musculares, gliofilamentos en astrocitos, etc. o Los microtúbulos: son formaciones cilíndricas en forma de tubo de unos 25 nm de diámetro y varias micras de longitud y pueden ser: 22 -Lábiles/inestables: forman estructuras de gran importancia ya que intervienen en el transporte intercelular de macromoléculas formando parte de canales. -Estables: desempeñan un papel esencial en la morfogénesis celular y en la polaridad y motilidad celular. Los microtúbulos estables, se encuentran generalmente asociados y formando estructuras como los centriolos, cilios y flagelos. 1.4 LOS RIBOSOMAS son partículas compactas que existen en todo tipo de células, excepto en espermatozoides maduros. Son los centros donde se sintetizan las proteínas. Se localizan, asociados a la cara externa del retículo endoplasmático rugoso (R.E.R.), adheridos a la membrana nuclear externa, libre en la matriz del citoplasma o bien formando polirribosomas unidos por filamentos de ARN-m. Cada ribosoma está formado por dos subunidades, mayor y menor, unidas mediante iones Mg, que se disocian reversiblemente después de cada ciclo de síntesis proteica. Los sitios que presentan los ribosomas son el E (exit), P (peptidil) y A (aminoacil). Los ribosomas eucarióticos presentan un coeficiente de sedimentación de 80 Svedverg, (60S la subunidad grande, 40S la pequeña) y los procarióticos de 70S (50S la grande y 30S la pequeña). -Subunidad mayor: contiene tres tipos diferentes de ARN asociados a 45 proteínas. -Subunidad menor: solo un tipo de ARN asociado a 33 proteínas. *Una proteína está formada por aminoácidos y la traducción es la formación de proteínas. * La función de los ribosomas es participar en la síntesis de proteínas. Forman las estructuras necesarias para que tenga lugar la traducción forman el enlace peptídico en la elongación proteica. 23 1.5 EL RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO/ ENDOPLÁSMICO Es un conjunto de membranas que limitan cavidades que se comunican entre ellas formando una red de canales, sacos aplanados, túbulos y conductos intercomunicados. Existen dos modalidades: 1) El retículo endoplasmático rugoso: se caracteriza por la presencia de ribosomas en la cara citosólica, cuyas funciones son la síntesis de proteínas mediante los ribosomas localizados en su cara hialoplasmática y la posterior glucosilación de las proteínas (en la luz del retículo) para que puedan ser transportadas a otros orgánulos o al exterior de la célula. 2) El retículo endoplasmático liso: está formado por canales anastomosados (cisternas cerradas) que se extienden por todo el citoplasma de la célula. Sus funciones son la síntesis, almacenamiento y transporte de lípidos, procesos de detoxificación, mediante los que es capaz de metabolizar sustancias tóxicas y convertirlas en productos que las células pueden metabolizar o eliminar y glucogenólisis, ya que abunda la glucosa-6- fosfatasa. *Citosol (parte soluble del citoplasma donde se encuentran “flotando” los orgánulos) es lo mismo que hialoplasma* EI APARATO DE GOLGI Forma parte del sistema de membranas de la célula eucariótica. Está formado por un apilamiento de sacos de forma discoidal, rodeados por un enjambre de pequeñas vesículas. Al microscopio electrónico presenta tres niveles de organización: la cisterna, el dictiosoma y el aparato de Golgi. La cisterna, es la unidad básica. Consta de una zona central plana llamada sáculo y de un sistema periférico asociado a vesículas y túbulos. Los dictiosomas se forman por apilamiento de las cisternas, que están relacionadas con vesículas de dos tipos: vesículas de transición, que proceden del retículo endoplasmático rugoso y llevan en su interior contenido de este, se localizan en la cara convexa de los dictiosomas y Vesículas de secreción, que contienen material producido por el 24 aparato de Golgi, se localizan en las superficies laterales y la cara cóncava del dictiosoma. Las funciones de Golgi son el empaquetamiento, la distribución y secreción de los productos sintetizados en el retículo endoplasmático que pasan al Golgi a través de vesículas de transición, una vez en los dictiosomas se forman las vesículas de secreción que se dirigen la membrana plasmática liberando su contenido al exterior por exocitosis. La glucosilación y la formación de estructuras como el tabique telefásico en vegetales, síntesis de componentes de la pared, formación del acrosoma del espermatozoide, formación de lisosomas primarios. Los LISOSOMAS son orgánulos rodeados por una membrana, capaces de realizar la digestión controlada de macromoléculas. Su número varía en función de la actividad celular, siendo muy numerosos en macrófagos (células de defensa) y poco abundantes en vegetales. Contienen una mezcla de más de cuarenta enzimas diferentes, todas ellas hidrolasas ácidas. La membrana del lisosoma presenta una estructura unitaria, recubierta interiormente por una gruesa capa de glucoproteínas que impiden que la célula sea digerida por estas encimas. Se clasifican en dos categorías: Lisosomas primarios, que son granos de secreción formados, a partir, de vesículas del Golgi. Los lisosomas secundarios, son vacuolas que resultan de la fusión de un lisosoma primario y del material a digerir. Dentro de los lisosomas secundarios se distinguen: Vacuolas digestivas que proceden de la fusión de un lisosoma primario con partículas provenientes del exterior de la célula, estas vacuolas se llaman también heterofágicas. Vacuolas autofágicas, que proceden de la fusión de un lisosoma primario con material intracelular. Cuerpos residuales, que son lisosomas secundarios en los que se ha realizado la gestión y en los que solo quedan hidrolasas desnaturalizadas y sustancias no digeribles. La función de los lisosomas es la digestión de macromoléculas y de almacén temporal de sustancias. 25 PEROSIXOMAS Son gránulos ovoideos rodeados por una membrana unitaria, en cuyo interior existen diferentes enzimas siendo la más importante la catalasa o peroxidasa que utilizan grandes cantidades de oxígeno y forman peróxido de hidrógeno utilizado para oxidar diversos sustratos. VACUOLAS E INCLUSIONES Son enclaves del interior de la célula en los que se acumulan sustancias. Las vacuolas están rodeadas de membrana. Se forman en células jóvenes por fusión de vesículas derivadas del Retículo Endoplasmático y del Aparato de Golgi Las inclusiones son enclaves que carecen de membrana, en los que acumulan sustancias que dificilmente se dispersan en el medio celular. Aparecen tanto en células vegetales como animales con funciones específicas. LAS MITOCONDRIAS Son orgánulos celulares de doble membrana capaces de realizar la mayor parte de las oxidaciones celulares y de producir la mayor parte del ATP celular. Forma cilíndrica con un diámetro de 0,5 a 1µ y 7µ de longitud. No obstante, se puede presentar de forma arosariada, filamentosa o granular. El conjunto de mitocondrias de una célula se llama condrioma. Hay varias hipótesis que tratan de explicar el origen de las mitocondria, como la hipótesis endosimbiótica, según la cual una bacteria fagocítica primitiva engulliría y adoptaría simbióticamente bacterias aerobias que en su membrana plasmática poseerían un sistema de fosforilación oxidativa. Estas bacterias, por evolución, derivan en mitocondrias primitivas y la bacteria fagocítica fue el origen de todas las células animales y vegetales. El número de mitocondrias depende del tipo de célula y de su actividad. En cuanto a la ultraestructura mitocondrial se distinguen: -Una membrana externa, que separa a la mitocondria del hialoplasma. Es muy permeable y contiene un 40% de lípidos (fosfolípidos y colesterol); 60% de proteínas (estructurales, transferasas y quinasas). Una membrana interna, que se encuentra profusamente replegada, a fin de aumentar su superficie en el interior de un espacio reducido (cámara interna), para formar las crestas mitocondriales. Las crestas mitocondriales se disponen por lo general perpendicularmente al eje mayor. La división de la mitocondria en compartimentos, cada uno con su particular composición química, permite que se realicen tres tipos de funciones: oxidaciones respiratorias (respiración celular y B- oxidación de los ácidos graso), producción de moléculas en la matriz mitocondrial y síntesis de proteínas mitocondriales. 26 Las células se mueven gracias a la existencia de distintos tipos de estructuras: CILIOS (del latín cilium, pestaña) -Protuberancias que se agitan, se doblan adelante y atrás. -Permanecen en el mismo plano, con una frecuencia de oscilación de unas diez a cuarenta veces por segundo. Las oscilaciones de los cilios provocan un desplazamiento relativo de la célula con respecto al líquido envolvente. FLAGELOS (del latín flagellum, látigo) -Son + largos que los cilios. -Aparecen solos o en un pequeño número en un extremo de células libres. -Se mueven en un solo plano, con un movimiento ondulante, no pendular. Función propulsora. -------------------------------------------------------------------------------------------------------- -- Los cilios y flagelos poseen la misma arquitectura molecular. Están formados por un haz de microtúbulos orientados según el eje principal de la prolongación que forman el axonema, que está anclado en una estructura cilíndrica llamada corpúsculo basal o cinetosoma, en el hialoplasma. En las células libres cilios y flagelos se baten en el medio para desplazarse en él. En las células ciliadas de un tejido el movimiento de los cilios sirve para desplazar 27 el medio, partículas o estructuras. Por ejemplo, del tejido epitelial ciliado del tracto respiratorio limpia de partículas depositadas por el aire o el de las trompas de Falopio dirige el óvulo hacia el ovario. LOS CENTRIOLOS Son estructuras similares a los corpúsculos basales de cilios y flagelos, situándose en el centro del centrosoma. Generalmente son dos, dispuestos perpendicularmente entre sí y constituyendo el diplosoma. Su estructura es la de un conjunto de microtúbulos ligeramente inclinados respecto al eje del cilindro que delimitan. Se asocian en grupos de nueve tripletes de microtúbulos. Los centriolos + material perinuclear = centro celular o centrosoma. Los centriolos son estructuras interconvertibles con los corpúsculos basales, por lo que su principal función es la organización de los microtúbulos. EL NÚCLEO El núcleo celular es el orgánulo característico de las células eucariotas que contiene la mayor parte del material genético de la célula. Su principal función es almacenar el ADN, coordinar las actividades celulares, incluyendo la transcripción del ADN a ARN y, en última instancia, la regulación de la síntesis de proteínas. El núcleo también es fundamental para la replicación del ADN y la división celular, asegurando que cada célula hija tenga la misma información genética. 28 Componentes del Núcleo Celular 1. Envoltura Nuclear (Membrana Nuclear): o La envoltura nuclear es una estructura de doble membrana que rodea el núcleo. Esta envoltura sirve como barrera física que separa el contenido del núcleo del citoplasma. o Membrana Externa: Se encuentra conectada con el retículo endoplasmático rugoso (RER), permitiendo el intercambio de lípidos y proteínas entre el núcleo y otros orgánulos. o Membrana Interna: Está sostenida por la lámina nuclear, una red de proteínas fibrosas llamadas laminas, que proporcionan soporte estructural al núcleo y participan en la organización de la cromatina. o Poros Nucleares: Son complejos proteicos que perforan la envoltura nuclear. Permiten el paso de macromoléculas como ARN mensajero (ARNm), ribonucleoproteínas, y enzimas, regulando estrictamente lo que entra y sale del núcleo. 2. Nucleoplasma (Carioplasma): o El nucleoplasma es el medio semifluido similar al citoplasma, que llena el núcleo. Contiene una mezcla de proteínas, nucleótidos, iones y otros elementos necesarios para los procesos nucleares. o En el nucleoplasma se encuentran las cromatinas, organizadas de forma más o menos condensada dependiendo del estado funcional del ADN. 3. Cromatina y Cromosomas: o Cromatina: Es el complejo de ADN y proteínas que se encuentra en el núcleo durante la interfase. Dependiendo del grado de condensación, la cromatina puede ser: ▪ Eucromatina: Forma menos condensada, activa transcripcionalmente, es decir, donde se encuentran los genes que se están expresando. ▪ Heterocromatina: Forma más condensada y generalmente inactiva, responsable de regular el acceso al ADN y mantener la estabilidad del genoma. o Cromosomas: Durante la división celular, la cromatina se condensa para formar cromosomas visibles, que facilitan la distribución equitativa del material genético a las células hijas. 4. Nucléolo: o Es una región dentro del núcleo donde se lleva a cabo la síntesis y el ensamblaje de los ribosomas. Está compuesto por: ▪ ADN ribosómico (ADNr), ARNr y proteínas. 29  o El nucléolo es el sitio de transcripción del ARN ribosómico (ARNr), que posteriormente se asocia con proteínas para formar las subunidades ribosómicas, las cuales son transportadas al citoplasma para su ensamblaje final. FUNCIONES DEL NÚCLEO CELULAR 1. Almacenamiento y Protección del Material Genético: o El núcleo contiene la mayor parte del ADN de la célula, que está organizado en cromosomas. Cada cromosoma contiene genes, que son las unidades básicas de la información genética. o Los genes codifican las proteínas, que son responsables de las funciones celulares. La envoltura nuclear asegura que el ADN esté protegido de agentes externos y de posibles daños. 2. Regulación de la Expresión Génica: o El núcleo controla la actividad celular regulando la transcripción del ADN a ARN mensajero (ARNm). Los factores de transcripción son proteínas que se unen a secuencias específicas de ADN para activar o inhibir la transcripción. o Modificación Epigenética: La expresión génica se regula a través de modificaciones en la estructura de la cromatina, como la acetilación de histonas y la metilación del ADN, lo que afecta el grado de condensación de la cromatina y, por tanto, el acceso al ADN. 3. Síntesis de ARN: o La transcripción es el proceso mediante el cual una secuencia de ADN es copiada en una molécula de ARN. El ARN resultante puede ser de distintos tipos: ▪ ARN mensajero (ARNm): Lleva la información genética desde el núcleo al citoplasma, donde se traduce en proteínas. ▪ ARN ribosómico (ARNr) y ARN de transferencia (ARNt): Participan en la síntesis de proteínas. 4. Replicación del ADN: 30  oAntes de que una célula se divida, debe replicar su ADN para asegurarse de que cada célula hija tenga una copia completa del material genético. o La replicación ocurre en la fase S del ciclo celular y es un proceso muy preciso, con mecanismos de reparación que corrigen errores para evitar mutaciones. 5. Ensamblaje de Ribosomas: o Los ribosomas son responsables de la síntesis de proteínas en el citoplasma. En el nucléolo, se transcribe el ARN ribosómico y se ensamblan las subunidades ribosómicas, que se exportan al citoplasma a través de los poros nucleares. Ciclo Celular y el Rol del Núcleo 1. Interfase: o Durante la interfase, la célula lleva a cabo actividades normales como el crecimiento y la síntesis de ADN. El núcleo está activo en la transcripción y replicación del ADN. o La fase G1 se caracteriza por el crecimiento celular y la síntesis de proteínas necesarias para la replicación del ADN. o La fase S es donde ocurre la replicación del ADN, lo cual es crucial para la división celular. o La fase G2 implica la preparación final para la división celular, con la síntesis de proteínas y orgánulos necesarios para la mitosis. 2. Mitosis: o Durante la mitosis, el núcleo se divide para formar dos núcleos hijos. La cromatina se condensa en cromosomas, que luego se alinean, se separan y se distribuyen equitativamente entre las dos células hijas. o La mitosis consta de varias etapas: profase, metafase, anafase y telofase, y finalmente culmina con la citocinesis, donde el citoplasma se divide para formar dos células hijas completas. 31 Importancia del Núcleo en la Regulación Celular 1. Regulación del Ciclo Celular y Proliferación: o El núcleo regula la división celular a través de una compleja interacción de proteínas y factores de transcripción que controlan el avance del ciclo celular. 2. Detección y Reparación del ADN Dañado: o El núcleo posee mecanismos de reparación del ADN que detectan y corrigen errores o daños en la secuencia de nucleótidos, evitando mutaciones que podrían derivar en enfermedades como el cáncer. o Proteínas como p53 o "guardián del genoma", juegan un papel crítico en la detección de daño y la activación de rutas que detienen el ciclo celular para reparar el daño o, si es irreparable, inducir la apoptosis (muerte celular programada). 3. Apoptosis (Muerte Celular Programada): o El núcleo desempeña un papel clave en la activación de la apoptosis cuando hay daño irreparable en el ADN o en respuesta a señales externas que indican que la célula ya no es necesaria. o Durante la apoptosis, el ADN se fragmenta y la célula se desmantela de manera controlada para ser eliminada sin causar daño al tejido circundante. 2. CICLO CELULAR ¿A qué se parece la vida de una célula? La célula eucariota pasa la mayor parte de su "vida" en la interfase del ciclo celular, el cual se puede subdividir en tres fases, G1, S y G2. Durante la interfase, la célula hace lo que se supone que debe hacer. Aunque las células tienen muchas funciones comunes, tales como la replicación del ADN, también tienen ciertas funciones específicas. Es decir, durante la vida de una célula del corazón, la célula realizaría obviamente ciertas actividades diferentes a las que realiza una célula renal o una célula de hígado. Ciclo celular La división celular es sólo una de varias etapas que una célula atraviesa durante su vida útil. El ciclo celular es una serie repetitiva de eventos que incluyen el crecimiento, la síntesis de ADN y la división celular. El ciclo celular en procariotas es muy simple: la célula crece, su ADN se replica y la célula se divide. En las eucariotas, el ciclo celular es más complicado. 32 Ciclo celular eucariota El diagrama en la Imagen siguiente representa el ciclo celular de una célula eucariota. Como puedes ver, el ciclo celular eucariota tiene varias fases. La fase mitótica (M), en realidad incluye la mitosis y la citocinesis. Esta es cuando el núcleo y luego el citoplasma se dividen. Las otras tres fases (G1, S y G2) generalmente se agrupan como interfase. Durante la interfase, la célula crece, realiza procesos de rutina y se prepara para la división. Estas fases se discuten siguiente. En el siguiente enlace, puedes ver una célula eucariota pasar por estas fases del ciclo celular: http://www.célulasalive.com/célula_cycle.htm.(Sólo en inglés) El primer Gap, Síntesis y las segundas fases Gap constituyen la interfase (I). La fase M (mitosis) incluye la mitosis y la citocinesis. Resultado de la fase M: 2 células. Interfase La interfase del ciclo celular eucariota se puede subdividir en las siguientes tres fases, que están representadas en la Imagen anterior : Fase 1 de crecimiento (G1): durante esta fase, la célula crece rápidamente, mientras realiza procesos metabólicos de rutina. También produce proteínas necesarias para la replicación del ADN y copia algunos de sus orgánulos como preparación para la división celular. Una célula 33  normalmente pasa la mayor parte de su vida en esta fase. Esta fase se conoce como Gap 1. Fase de síntesis (S): durante esta fase, el ADN de la célula es copiado en el proceso de replicación de ADN. Fase 2 de crecimiento (G2): durante esta fase, la célula realiza los preparativos finales para su división. Por ejemplo, produce proteínas y orgánulos adicionales. Esta fase se conoce como Gap 2. CONTROL DEL CICLO CELULAR Si el ciclo celular se lleva a cabo sin regulación, las células pueden pasar de una fase a otra antes de estar preparadas. ¿Qué controla el ciclo celular? ¿De qué manera la célula sabe cuándo crecer, sintetizar ADN y dividirse? El ciclo celular está controlado principalmente por proteínas reguladoras. Estas proteínas controlan el ciclo indicando a célula si debe comenzar o retrasar la siguiente fase del ciclo. Se aseguran de que la célula complete la fase anterior antes de continuar. Las proteínas reguladoras controlan el ciclo celular en puntos claves, los cuales se muestran en la Imagen siguiente. Hay una serie puntos de control fundamentales. El punto de control G1, justo antes de entrar a la fase S, toma la decisión clave de si la célula debe dividirse. El punto de control S determina si el ADN se ha replicado correctamente. El punto de control del huso mitótico se produce en el punto en el que todos los metafase los cromosomas deberían haber alineado en el plato mitótico. Estas células son cancerosas, crecen sin control y forman un tumor 34  Los puntos de control en el ciclo celular eucariota aseguran que la célula está lista para proceder antes de que continue a la siguiente fase del ciclo. CÁNCER Y CICLO CELULAR El cáncer es una enfermedad que se produce cuando no se regula el ciclo celular. Esto puede suceder porque el ADN de una célula se daña, el cual puede ocurrir debido a la exposición a peligros tales como la radiación o sustancias químicas tóxicas. Las células cancerosas generalmente se dividen mucho más rápido que las células normales. Pueden formar una masa de células anormales llamada tumor (Ver Imagen siguiente ). Las células que se dividen rápidamente absorben los nutrientes y el espacio que necesitan las células normales. Esto puede dañar los tejidos y órganos y finalmente llevar a la muerte. 3. MITOSIS ¿Qué se entiende por "división del núcleo"? ¿Qué crees que muestra esta colorida imagen? Si crees que se trata de una foto de una célula sometida a división celular, entonces tienes razón. Pero más específicamente, la imagen es una célula de pulmón teñida con colorantes fluorescentes pasando por la mitosis, durante la anafase temprana. 3.1 MITOSIS Y CITOCINESIS La mitosis es el proceso multi-fase en el que el núcleo de una célula eucariota se divide. Se produce entre la replicación del ADN y la formación de 2 células hijas. Durante la mitosis, cuando el núcleo se divide, las dos cromátidas que componen cada cromosoma se separan y se mueven hacia los polos opuestos de la célula. 35 La mitosis se produce en cuatro fases: profase, metafase, anafase y telofase. PROFASE La primera y más larga fase de la mitosis. -La cromatina se condensa en cromosomas y -La envoltura nuclear o membrana se rompe/desaparece. -En las células animales, los centriolos cerca del núcleo comienzan a separarse y se mueven hacia los polos opuestos (lados) de la célula. -A medida que los centriolos se mueven, un huso (compuesto por fibras de microtúbulos) se comienza a formar entre ellos. Los cinetocoros en el huso se unen a los centrómeros de cromátidas hermanas. METAFASE -Las fibras del huso se unen al centrómero de cada par de cromátidas hermanas). -Las cromátidas hermanas se alinean en el ecuador o el centro de la célula. Esto también se conoce como placa metafásica/ecuatorial. 36 -Las fibras del huso aseguran que las cromátidas hermanas se separarán e irán a diferentes células hijas cuando la célula se divida. ANAFASE Durante la anafase, las cromátidas hermanas se separan y los centrómeros se dividen. Las cromátidas hermanas se separan por el acortamiento de las fibras del huso. Una de cromátidas hermanas se mueve a uno de los polos de la célula y la otra cromátida hermana se mueve hacia el polo opuesto. Al final de la anafase, cada polo de la célula tiene un conjunto completo de cromosomas. TELOFASE Durante la telofase, los cromosomas comienzan a desenrollarse y a formar la cromatina. Esto prepara el material genético para dirigir las actividades metabólicas de las células nuevas. El huso también se rompe y se forman las nuevas membranas nucleares (envoltura nuclear). CITOCINESIS La citocinesis es la etapa final de la división celular en las eucariotas, al igual que en las procariotas. Durante la citocinesis, el citoplasma se divide en dos y la célula se divide. La citocinesis se produce de manera algo diferente en las células de plantas y animales. En las células animales, la membrana plasmática de la célula madre se encoge a lo largo del ecuador de la célula hasta que se forman dos células hijas. En las células vegetales, se forma una placa celular a lo largo del ecuador de la célula madre. Entonces, se forma una nueva membrana plasmática y una pared celular a lo largo de cada lado de la placa celular. 37  La citocinesis es la etapa final de la división celular eucariota. Se produce de forma diferente en células animales (izquierda) y en células vegetales (derecha). Las cuatro fases de la mitosis. 38  LA MEIOSIS ¿Cómo produces una célula con la mitad de ADN? Meiosis. Esto permite que las células tengan la mitad del número de cromosomas, así dos de estas células pueden juntarse para formar un nuevo organismo con el número completo de cromosomas. Este proceso no sólo ayuda a producir gametos, sino que también asegura la variación genética. MEIOSIS La meiosis es el proceso que produce gametos haploides. Meiosis es un tipo de división celular en la que el número de cromosomas se reduce a la mitad. Se produce sólo en ciertas células especiales de los organismos. Durante la meiosis, los cromosomas homólogos se separan y forman células haploides que sólo tienen un cromosoma de cada par. Durante la meiosis ocurren dos divisiones celulares y se producen un total de cuatro células haploides. Las dos divisiones celulares se llaman meiosis I y meiosis II. Durante la meiosis, los cromosomas homólogos se separan y van a diferentes células hijas. Este diagrama muestra sólo los núcleos de las células. 39 FASES DE LA MEIOSIS La meiosis I comienza después de que se replica ADN durante la interfase del ciclo celular. Tanto en la meiosis I como en la meiosis II, las células pasan por las mismas cuatro fases como la mitosis: profase, metafase, anafase y telofase. Sin embargo, hay diferencias importantes entre la meiosis I y mitosis. El diagrama de flujo en la Imagen siguiente muestra lo que sucede en la meiosis I y II. Fases de la meiosis. Este diagrama de flujo de la meiosis muestra la meiosis I con mayor detalle que la meiosis II. La meiosis I, pero no la meiosis II, se diferencia un poco de la mitosis. Compara la meiosis I en este diagrama de flujo con la Imagen anterior de la mitosis. ¿Cómo se diferencia la meiosis de la mitosis? 40 Compara la meiosis I en este diagrama de flujo con la Imagen del concepto Mitosis y Citocinesis ¿Cómo se diferencia la meiosis de la mitosis? Observa que al inicio de la meiosis (profase I), los cromosomas homólogos intercambian segmentos de ADN. Esto se conoce como entrecruzamiento, y es exclusivo de esta fase de la meiosis. MEIOSIS I 1. Profase I: La envoltura nuclear comienza a romperse y los cromosomas se condensan. Los centríolos comienzan a moverse hacia los polos opuestos de la célula y se comienza a formar un huso. Es importante destacar que, los cromosomas homólogos se emparejan, algo exclusivo de la profase I. En la profase de la mitosis y en la meiosis II, los cromosomas homólogos no forman pares de esta manera. Durante esta fase se produce entrecruzamiento (ver el concepto de Variación Genética). 2. Metafase I: Las fibras del huso se adhieren a los pares de cromosomas homólogos. Los pares de cromosomas se alinean a lo largo del ecuador (a la mitad) de la célula. Esto ocurre sólo en la metafase I. En la metafase de la mitosis y la meiosis II, las cromátidas hermanas se alinean a lo largo del ecuador de la célula. 3. Anafase I: Las fibras del huso se acortan y los cromosomas de cada par homólogo empiezan a separarse el uno del otro. Un cromosoma de cada par se mueve hacia uno de los polos de la célula y el otro cromosoma se mueve hacia el polo opuesto. 4. Telofase I y Citocinesis: El huso se rompe y se forman nuevas membranas nucleares. El citoplasma de la célula se divide y se producen dos células hijas haploides. Las células hijas tienen una distribución aleatoria de cromosomas, con uno de cada par homólogo. Ambas células hijas pasan a la meiosis II. El ADN no se replica entre la meiosis I y la meiosis II. 41 MEIOSIS II 1. Profase II: La envoltura nuclear se rompe y el huso se empieza a formar en cada célula hija haploide de la meiosis I. Los centríolos también comienzan a separarse. 2. Metafase II: Las fibras del huso alinean las cromátidas hermanas de cada cromosoma a lo largo del ecuador de la célula. 3. Anafase II: las cromátidas hermanas se separan y se mueven hacia los polos opuestos. 4. Telofase II y Citocinesis: El huso se rompe y se forman nuevas membranas nucleares. El citoplasma de cada célula se divide y se producen cuatro células haploides. Cada célula tiene una combinación única de cromosomas. 42