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Homeostasis y Fisiología Celular Fisiología: estudio de las funciones de los seres vivos. Enfocado en el propósito del proceso corporal (Por qué) y en el mecanismo (cómo). Los mecanismos fisiológicos son posibles a través del diseño estructural. Las relaciones estructura-función del cuerpo incluyen; Corazón que recibe y bombea sangre. Dientes rasgando y rechinando la comida. Niveles de organización del Cuerpo Químico Celular Tejido Órgano Sistema corporal Organismo Funciones celulares básicas Obtener nutrientes y oxígeno del entorno circundante. Realizar reacciones químicas que proporcionen energía a la célula. Eliminar el dióxido de carbono y otros desechos al medio ambiente circundante. Sintetizar los componentes celulares necesarios. Controlar el intercambio de materiales entre la célula y su entorno. Detectar y responder a los cambios en el entorno circundante. Reproducción Tejidos Grupos de células con estructura similar y función especializada. Tipos de Tejidos
1. Tejido muscular: especializados en contracciones que generan tensión y producen movimiento. Se subdivide en; Músculo esquelético: mueve el esqueleto Músculo cardíaco: bombea sangre fuera del corazón Músculo liso: encierra y controla el movimiento del contenido a través de tubos y órganos huecos. 2. Tejido nervioso: células especializadas en iniciar y transmitir impulsos eléctricos. Se encuentra en el cerebro, la médula espinal y los nervios. 3. Tejido epitelial: formado por células especializadas en el intercambio de materiales entre la célula y su entorno. Organizado en dos tipos generales de estructuras; Hojas epiteliales y Glándulas secretoras. 4. Tejido conectivo: Conecta, soporta y ancla varias partes del cuerpo. Tiene relativamente pocas células dispersas dentro de una gran cantidad de material extracelular. Ej: Tendones, huesos y sangre. Órganos Consisten en dos o más tipos de tejidos primarios que funcionan juntos para realizar una función o funciones particulares. Sistemas Corporales Grupos de órganos que realizan funciones relacionadas e interactúan para realizar una actividad común esencial para la supervivencia de todo el cuerpo. No actúen aislados unos de otros El cuerpo humano tiene 11 sistemas.
Sistemas Corporales Existentes
- Sistema circulatorio
- Sistema digestivo
- Sistema respiratorio
- Sistema urinario
- Sistema esquelético
- Sistema muscular
- Sistema tegumentario
- Sistema inmunitario
- Sistema nervioso
- Sistema endocrino
- Sistema reproductivo Características de la vida Organización Composición celular Metabolismo Capacidad de respuesta y movimiento Homeostasis Desarrollo Reproducción Evolución/mutaciones Homeostasis Definido como el mantenimiento de un ambiente interno relativamente estable. Componentes del fluido (ambiente interno) Las células del cuerpo están contenidas en un ambiente interno acuoso a través del cual se realizan intercambios que sustentan la vida. Líquido extracelular (LEC): ambiente fluido en el que viven las células (líquido fuera de las células), compuesto de: Plasma, líquido intersticial. Líquido intracelular (LIC): líquido contenido en todas las células del cuerpo. Factores Regulados Homeostáticamente Concentración de moléculas de nutrientes. Concentración de O2y compañía Concentración de productos de desecho. pH Concentración de agua, sal y otros electrolitos. Volumen y presión Temperatura **Contribuciones de los sistemas corporales a la homeostasis
- Sistema circulatorio:** Transporta materiales de una parte del cuerpo a otra. 2. Sistema digestivo: Descompone los alimentos dietéticos en moléculas más pequeñas que pueden distribuirse a las células del cuerpo. Transfiere agua y electrolitos del ambiente externo al ambiente interno. Elimina los residuos de alimentos no digeridos al ambiente externo en las heces. 3. Sistema respiratorio Llevar oxígeno y elimina CO 2 al ambiente externo Mantenimiento del pH adecuado del ambiente interno. 4. Sistema urinario Elimina el exceso de agua, sal, ácido y otros electrolitos del plasma y los elimina por la orina. 5. Sistema esquelético Soporte y protección para tejidos blandos y órganos. Sirve como depósito de almacenamiento de calcio. Permite el movimiento del cuerpo y sus partes. La médula ósea es la fuente fundamental de todas las células sanguíneas. 6. Sistema muscular Mueve los huesos 7. Sistema tegumentario Sirve como barrera protectora exterior. Regulación de la temperatura corporal. 8. Sistema inmunitario Defiende contra invasores extraños y contra células del cuerpo que se han vuelto cancerosas. Allana el camino para reparar o reemplazar células dañadas o desgastadas 9. Sistema nervioso Controla y coordina actividades corporales que requieren respuestas rápidas.
Membrana Plasmatica o Celular Capa extremadamente delgada de lípidos y proteínas que forma el límite exterior de cada célula. Están constituidas principalmente por fosfolípidos y proteínas. Características Controla el movimiento de moléculas entre la célula y su entorno. Participa en la unión de células para formar tejidos y órganos. Desempeña un papel importante en la capacidad de una célula para responder a los cambios en el entorno celular. Bicapa lipídica fluida incrustada con proteínas. A. Los lípidos más abundantes son los fosfolípidos. B. El extremo polar del fosfolípido es hidrófilo. El extremo apolar del fosfolípido es hidrofóbico. También tiene una pequeña cantidad de carbohidratos. A. Sólo en la superficie exterior Colesterol A. Escondido entre moléculas de fosfolípidos B. Contribuye a la fluidez y estabilidad de la membrana celular. Estructura de la membrana plasmática Proteínas Adherido o insertado dentro de la bicapa lipídica. Funciones Forman vías o canales llenos de agua a través de la bicapa lipídica. Sirven como moléculas transportadoras. Servir como aceptadores de marcadores de acoplamiento Enzimas unidas a membrana Sitios receptores Moléculas de adhesión celular (CAM) Tipos
1. Proteínas integrales de membrana Están ancladas y embebidas en la membrana celular mediante interacciones hidrófobas. Pueden atravesar todo el espesor de la membrana celular. Incluyen canales iónicos, proteínas transportadoras, receptores y proteínas de unión a 5′-trifosfato de guanosina (GTP), llamadas proteínas G. 2. Proteínas periféricas No están embebidas en la membrana celular. No están unidas mediante enlaces covalentes a los componentes de la membrana. Están unidas débilmente a la membrana celular mediante interacciones electrostáticas Bicapa lipídica Estructura fundamental en la biología celular que forma la base de todas las membranas celulares. Funciones Forma la estructura básica de la membrana. El interior hidrófilo sirve como barrera para el paso de sustancias solubles en agua entre el ICF y el ECF. Responsable de la fluidez de la membrana.
Estructura
- Los fosfolípidos tienen un esqueleto de glicerol, que es una cabeza hidrófila (hidrosoluble) y dos colas de ácidos grasos, que son hidrófobas (insolubles en agua). Las colas hidrófobas están frente a frente y forman una bicapa.
- Las sustancias liposolubles (p. ej., O2, CO2, hormonas esteroideas) cruzan las membranas celulares porque pueden disolverse en la bicapa lipídica hidrófoba.
- Las sustancias hidrosolubles (p. ej., Na+, Cl−, glucosa, H2O) no pueden disolverse en los lípidos de la membrana, pero pueden cruzar a través de acuaporinas, o poros, o ser transportadas por portadores. Funciones Forma la estructura básica de la membrana. El interior hidrófilo sirve como barrera para el paso de sustancias solubles en agua entre el ICF y el ECF. Responsable de la fluidez de la membrana. Carbohidratos de membrana Sirven como marcadores de identidad propia que permiten a las células identificarse e interactuar entre sí. Diferentes tipos de células tienen diferentes marcadores. Los marcadores de superficie que contienen carbohidratos también participan en el crecimiento de los tejidos. Transporte de Membrana Es el proceso de entrada y salida de moléculas a través de la membrana celular. Este proceso es fundamental para la célula, ya que permite eliminar desechos y que ingresen nutrientes para su correcto funcionamiento. Tipos de transporte asistido por membranas Difusión facilitada Transporte activo Transporte vesicular Transporte Vesicular. El material entra o sale de la célula envuelto en una membrana. Método activo de transporte de membrana. Dos tipos de transporte vesicular: 1. Endocitosis Proceso por el cual las sustancias ingresan a la célula. Pinocitosis: captación no selectiva de LEC Fagocitosis: captación selectiva de partículas multimoleculares. 2. Exocitosis Proporciona un mecanismo para secretar grandes moléculas polares. Permite que la célula agregue componentes específicos a la membrana. Difusión Simple (características) Significa que el movimiento cinético de las moléculas o de los iones se produce a través de una abertura de la membrana o a través de espacios intermoleculares sin ninguna interacción con las proteínas transportadoras de la membrana. Es la única forma de transporte que no es mediada por portadores.
Comunicación Celular Estructuras Epiteliales Uniones Comunicantes entre células adyacentes Mensajeros Químicos Sustancias que permiten la comunicación entre las células, y que generan una respuesta en la célula receptora Tipos de Mensajeros Químicos (son 4)
1. Paracrinos: mensajeros químicos locales Ejerce efecto sólo sobre las células vecinas en el entorno inmediato del sitio de secreción. 2. Neurotransmisores: mensajeros químicos de corto alcance. Se difunde a través de un espacio estrecho para actuar localmente sobre la célula diana contigua (otra neurona, un músculo o una glándula). Tipos de Comunicación y Señalización Uniones comunicantes por comunicación directa de células adyacentes.
Comunicaciones locales mediante
señalización paracrina y autocrina.
.
Comunicación rápida y enfocada
por el sistema nervioso.
Comunicación lenta y difusa del sistema endocrino. Superposición del sistema endocrino y nervioso.
- Uniones estrechas (uniones de oclusión - uniones oclusivas) o Tight Junctions: Evitan o impermeabilizan el movimiento de líquido entre celular adyacentes/vecinas.
- Uniones adherentes (Adhering Junctions) y Desmosomas o: conectan mecánicamente los citoesqueletos de las células adyacentes. Si hay contracción se mantienen juntas.
- Uniones comunicantes o en hendidura (Gap Junction): compuesta la proteína conexina y permite la transferencia de moléculas pequeñas entre ellas. Se subdivide en:
- Uniones de anclaje o Hemidesmosoma: conectan una célula a su tejido conectivo. unión de la matriz celular que ancla la célula a la membrana basal.
3. Hormonas: mensajeros de largo alcance Secretada a la sangre por las glándulas endocrinas en respuesta a una señal apropiada. Ejerce un efecto sobre las células objetivo a cierta distancia del sitio de liberación. 4. Neurohormonas Hormonas liberadas a la sangre por neuronas neurosecretoras. Distribuido a través de la sangre a células objetivo distantes. Transducción de señales : son mecanismos mediante los cuales los primeros mensajeros de las células transmisoras pueden convertir su información en un segundo mensajero dentro de las células receptoras. Los Mensajeros Químicos extracelulares provocan respuestas celulares mediante este mecanismo. La unión del mensajero extracelular (primer mensajero) al receptor correspondiente provoca la respuesta intracelular deseada por cualquiera de los dos. o Abrir o cerrar canales o Activación de sistemas de segundo mensajero o Activado por el primer mensajero. o Transmite mensajes a proteínas intracelulares que llevan a cabo la respuesta dictada.
Hormonas
Endocrinología: estudio de las actividades homeostáticas realizadas por las hormonas.
Grupos de Hormonas según su Propiedades de Solubilidad
Hormonas Hidrófilas: Altamente soluble en agua y Baja solubilidad en lípidos. Hormonas Lipófilas: Alta solubilidad en lípidos y Poco soluble en agua. Bases Moleculares de la Señalización Celular Los sistemas de señalización constan de receptores en la membrana plasmática o dentro de la célula. Segundo Mensajeros: molécula pequeña que amplifica la señal inicial. Estos son; AMPc (adenosín monofosfato cíclico), GMPc (guanosín monofosfato cíclico), IP3(inositol trifosfato), DAG (diacilglicerol), Ca++ (calcio), NO (Óxido nítrico). Estos permiten generar una cascada de señales. La Cascada de Señales comienza con la incorporación de un primer mensajero a la membrana del receptor, activándolo, que adopta una nueva configuración, formando agregados, fosforilados o desfosorilar. Estos cambios están asociados con moléculas de señalización que transmiten y amplifican la señal. El resultado de la cascada es una respuesta fisiológica: secreción, movimiento, crecimiento, división o muerte. Nota: Si la sustancia es hidrosoluble vamos a tener 3 mecanismos (receptor ligado a un canal iónico, receptores ligados a proteína G y receptores catalítico). Si la sustancia es hidrofóbica tenemos un mecanismo llamado receptor intracelular. Canales Iónicos Aquellos que están controlados por Ligandos. Son proteínas que se encuentran en la membrana celular y permiten el paso de iones a través de ella.
Comunicación Neural Neurona (partes)
1. Cuerpo de la célula; Alberga el núcleo y los orgánulos. 2. Dendritas; Se proyecta desde el cuerpo celular y aumenta la superficie disponible para recibir señales de otras células nerviosas. Señal hacia el cuerpo celular. 3. Axón: Fibra nerviosa Extensión tubular única y alargada que conduce los potenciales de acción lejos del cuerpo celular. Zona conductora de la neurona. Garantías Ramas laterales del axón Axón loma Primera porción del axón más la región del cuerpo celular de donde sale el axón. Zona de activación de la neurona Terminales de axón Liberan mensajeros químicos que influyen simultáneamente en otras células con las que se asocian estrechamente. Zona de salida de la neurona. Terminales de axón Sinapsis Una es un sitio donde se transmite información de una célula a otra. Estas pueden ser: 1. Sinapsis eléctricas: permiten que la corriente fluya de una célula excitable a la siguiente a través de vías de baja resistencia entre las células llamadas uniones en hendidura.
- En las sinapsis químicas, existe un espacio entre la membrana celular presináptica y la membrana celular postsináptica, conocido como hendidura sináptica. La información se transmite a través de la hendidura sináptica a través de un neurotransmisor, una sustancia que se libera desde la terminal presináptica y se une a los receptores en la terminal postsináptica. Siempre conducen las señales en un solo sentido: es decir, desde la neurona que segrega la sustancia transmisora, denominada neurona presináptica, hasta la neurona sobre la que actúa el transmisor, llamada neurona postsináptica. Hay dos tipos: Sinapsis excitatoria: la unión del neurotransmisor al receptor produce una despolarización de la membrana postsináptica llamada potencial excitatorio postsinático, PEPS. El PEPS es un potencial electrotónico o graduado; su amplitud depende del número de canales abiertos y se propaga con decremento. Tienden a hacer que el interior de la membrana sea menos negativo. Sinapsis inhibitoria: la unión del neurotransmisor al receptor produce una hiperpolarización de la membrana postsináptica llamada potencial inhibitorio postsináptico, PIPS. El PIPS es igualmente un potencial graduado. Hacen que la carga dentro de la membrana se haga más negativa. Potencial de Acción El potencial de acción es un fenómeno propio de las células excitables como las nerviosas y musculares y consiste en una rápida despolarización (ascenso) seguida de una repolarización del potencial de membrana. Los potenciales de acción son el mecanismo básico de transmisión de información en el sistema nervioso y en todos los tipos de músculos (100 mV).
Los potenciales de acción se inician en el montículo del axón y se conducen a través de una fibra nerviosa. Tiene dos tipos de propagación;
- Conducción contigua Conducción en fibras amielínicas. El potencial de acción se propaga a lo largo de cada porción de la membrana. 2. Conducción saltatoria Conducción rápida en fibras mielinizadas. El impulso salta sobre secciones de la fibra cubiertas con mielina aislante. **Principios de potenciales de acción
- El período refractario** es un período durante el cual no se puede generar otro potencial de acción normal en una célula excitable. Los períodos refractarios pueden ser absolutos o relativos. (En las células musculares cardíacas, existe una categoría adicional denominada período refractario efectivo). 2. Respuesta de todo o nada. Un potencial de acción se produce o no. Si una célula excitable se despolariza hasta el umbral de manera normal, entonces la aparición de un potencial de acción es inevitable. Por otro lado, si la membrana no se despolariza hasta el umbral, no puede producirse ningún potencial de acción. De hecho, si el estímulo se aplica durante el período refractario, entonces no se produce ningún potencial de acción, o el potencial de acción se producirá, pero no tendrá el tamaño y la forma estereotípicos. El potencial umbral Es el potencial de membrana en el que es inevitable que se produzca el potencial de acción. En el potencial umbral, la corriente neta entrante (p. ej., la corriente de Na+ entrante) se vuelve mayor que la corriente neta saliente (p. ej., la corriente de K+ saliente) y la despolarización resultante se vuelve auto-sostenida, lo que da lugar a la carrera ascendente del potencial de acción. Si la corriente neta entrante es menor que la corriente neta saliente, la membrana no se despolarizará hasta el umbral y no se producirá ningún potencial de acción (véase la respuesta de todo o nada). El flujo de iones de sodio hacia el ICF invierte el potencial de membrana de - 70 mV a +30 mV Partes del potencial de acción (estados eléctricos de la membrana) 1. Polarización: cualquier estado en el que el potencial de la membrana sea distinto a 0 mV.
- Despolarización. La despolarización es el proceso de hacer que el potencial de membrana sea menos negativo. La despolarización hace que el interior de la célula sea menos negativo, o incluso puede hacer que el interior de la célula se vuelva positivo. De – a + En este momento la membrana se hace súbitamente muy permeable a los iones sodio, lo que permite que un gran número de iones sodio con carga positiva difunda hacia el interior del axón. El estado «polarizado» normal de - 90 mV se neutraliza inmediatamente por la entrada de iones sodio cargados positivamente, y el potencial aumenta rápidamente en dirección positiva.
- Repolarización La segunda fase del potencial de acción, donde la membrana intenta regresar al estado de reposo. Vuelve al potencial de reposo. De + a – Los iones sodio, los canales de sodio comienzan a cerrarse y los canales de potasio se abren más de lo normal. De esta manera, la rápida difusión de los iones potasio hacia el exterior restablece el potencial de membrana en reposo negativo normal.
- La hiperpolarización es el proceso de hacer que el potencial de membrana sea más negativo. Al igual que con la despolarización, los términos “aumento” o “disminución” no deben usarse para describir un cambio que hace que el potencial de membrana sea más negativo.
Transport may be either passive or active. If transport occurs down an electrochemical gradient, it is passive and does not consume energy. If transport occurs against an electrochemical gradient, it is active. The energy for active transport may be primary (using ATP) or secondary (using energy from the Na+ gradient). Osmosis occurs when an impermeable solute creates an osmotic pressure difference across a membrane, which drives water f low.
