1

NOCIONES QUÍMICAS BÁSICAS

Materia, átomos y moléculas

Todas las cosas que forman nuestro planeta Tierra son entidades materiales.

Materia es todo lo que ocupa espacio y manifiesta una resistencia a ser movido, es

decir, tiene inercia.

Desde el punto de vista químico, la materia está constituida por combinaciones de

elementos. En la Tierra existen 92 tipos distintos de elementos naturales, que van desde

el hidrógeno, el más simple, hasta el uranio, el más complejo.

La partícula más pequeña de un elemento es un átomo, unidad estructural que

conserva las propiedades químicas de aquél. Cuando se combinación átomos diferentes

constituyen un compuesto químico. La Tierra y todos sus componentes, incluido el

hombre, están constituidos por numerosísimos átomos.

La menor partícula de un compuesto químico que conserva la misma composición

química e idénticas propiedades consiste en una molécula. Las moléculas se representan

con símbolos por medio de una fórmula química. Los símbolos que se usan para

identificar a los elementos se deben al químico sueco Jöns Jacob Berzelius quien,

alrededor de 1807, sugirió que fueran designados por medio de símbolos y que para ello

se utilizara la primera letra de su nombre en latín, y que cuando dos elementos distintos

comenzaran con la misma letra, se usara la segunda también para diferenciarlos.

Símbolo Elemento Símbolo Nombre en

latín

Nombre en

castellano

C

Ca

Cl

Co

Carbono

Calcio

Cloro

Cobalto

Cu

Fe

Na

K

Cuprum

Ferrum

Natrium

Kalium

Cobre

Hierro

Sodio

Potasio

Las fórmulas químicas indican los elementos que intervienen en un compuesto

químico y su proporción. Ejemplificando, el agua está formada por dos átomos de

hidrógeno y uno de oxígeno, y su fórmula química es H2O.

Teniendo en cuenta lo expuesto, obsérvese los compuestos registrados en el

cuadro adjunto:

Compuesto Fórmula química Composición química

Dióxido de carbono

Monóxido de carbono

Cloruro de sodio

Glucosa

CO2

CO

NaCl

C6H12O6

Un carbono y dos oxígenos

Un carbono y un oxígeno

Un sodio y un cloro Seis carbonos, doce hidrógenos y seis oxígenos

El término “molécula” proviene del diminutivo en latín moles, que significa

“masa pequeña”. Hasta que se descubrió el átomo, a principios del siglo XX, se creía

que la molécula era la más pequeña unidad indivisible de una sustancia. En realidad,

este concepto no es erróneo ya que si la molécula se divide pierde su identidad. Es el

caso de la glucosa o del dióxido de carbono, moléculas que al dividirse en átomos

pierden sus características químicas y dejan de ser glucosa o dióxido de carbono.

2

Estructura del átomo

El átomo tiene una estructura subatómica, ya que en su interior posee un núcleo

formado por neutrones, que son partículas sin carga eléctrica neta, y protones, que

tienen carga positiva. Alrededor del núcleo se mueven rápidamente en distintas órbitas

partículas con carga eléctrica negativa, llamadas electrones. Los electrones determinan

las propiedades químicas de los átomos.

Átomo de hidrógeno (deuterio). Constituido por

un núcleo formado por un neutrón (partícula

material sin carga neta) y un protón (partícula

con carga positiva), y rodeando a dicho núcleo

un electrón (partícula con carga negativa).

Cada elemento tiene un número fijo de protones en el núcleo atómico que recibe

el nombre de número atómico. Y como el átomo es eléctricamente neutro, el número de

electrones es igual al número de protones.

El peso atómico de un elemento es la suma de protones y neutrones del núcleo

atómico, puesto que los electrones son tan livianos que su peso no se considera. Por

ejemplo, el peso atómico del hidrógeno, que no contiene neutrones, es 1; mientras que

el peso atómico del carbono es 12 (su núcleo contiene 6 protones + 6 neutrones).

Isótopos

Todos los átomos de determinado elemento tienen el mismo número de protones

en su núcleo, pero en algunos casos diferentes átomos del mismo elemento contienen

distinto número de neutrones, por lo cual, si bien el número atómico es el mismo –y es

el número que identifica al átomo como de un elemento determinado–, el peso atómico

varía. Estos átomos se conocen con el nombre de isótopos. El hidrógeno común, cuyo

número atómicos es 1 porque tiene un protón, y su peso atómico también es 1 porque no

tiene neutrones, posee dos isótopos: el deuterio y el tritio, cuyos símbolos son 2H y

3H,

respectivamente. Si bien el número atómico del deuterio es 1, el peso atómico es 2

porque contiene además un neutrón, y el tritio también tiene el mismo número atómico,

pero el peso atómico es 3 porque además del protón posee dos neutrones. El

comportamiento químico de los isótopos es igual al del hidrógeno normal porque los

tres tienen un solo electrón, y son estas partículas las que determinan las propiedades

químicas de los elementos.

Muchos isótopos son radiactivos, debido a cambios que se producen en el núcleo

del átomo con liberación de energía. Los isótopos son utilizados en investigaciones

biológicas y en medicina. En el primer caso se usan para determinar la edad de los

3

fósiles y de las rocas que los contienen, y en medicina se utilizan para el tratamiento de

distintas formas de cáncer y para el diagnóstico de algunas enfermedades.

La energía de los electrones

Los electrones de un átomo tienen diferentes cantidades de energía, y ésta

depende de la distancia a que se encuentre el electrón del núcleo. Los electrones más

cercanos al núcleo contienen menos energía que los más alejados, que se encuentran en

un nivel energético muy alto. Los electrones tienden a ubicarse en los niveles de energía

más bajos porque de esa manera se logra un átomo más estable. Para alcanzar esta

estabilidad los átomos producen reacciones químicas durante las cuales se libera

energía.

Una reacción química consiste, entonces, en un intercambio de electrones entre

átomos. Un ejemplo muy conocido es el que ocurre durante la fotosíntesis en el interior

de los cloroplastos en las células verdes de las plantas, específicamente en las moléculas

de clorofila: la energía solar eleva los electrones a un nivel energético más alto y en las

compleja series de reacciones químicas que se producen durante este proceso vuelven a

sus niveles originales, de modo que durante estas reacciones la energía solar se

transforma en energía química, de la cual dependen todas los seres vivos.

Enlaces químicos

Los átomos que constituyen las moléculas de un compuesto se mantienen unidos

por enlaces químicos. Cada átomo tiene cierto número de enlaces, mediante los cuales

puede unirse a otros átomos.

Existen dos tipos de enlaces: el iónico y el covalente. Los enlaces iónicos se

forman por la atracción de partículas con carga eléctrica opuesta (protones y electrones),

al saltar un electrón de un átomo al otro. Estas partículas se conocen con el nombre de

iones. En los enlaces covalentes el átomo completa su nivel de energía compartiendo

electrones con otro átomo. En esta caso la órbita nueva que realizan los electrones gira

alrededor de los dos átomos que configuran la molécula.

4

ESTRUCTURA DE LA CÉLULA

Fisiológicamente es una unidad indivisible, pero morfológicamente, y para su

mejor estudio, podemos considerar dos zonas bien diferenciadas: el citoplasma y el

núcleo o carioplasma.

Citoplasma

Constituye la parte fundamental del protoplasma, y representa la porción mayor

de la célula. Es una masa viscosa y heterogénea que rodea al núcleo. En ella se

distinguen dos zonas: el ectoplasma, plasmagel o corteza, más gelificado y rígido, y el

endoplasma o plasmasol, menos viscoso y con gránulos, que ocupa la región interna, en

torno del núcleo.

Gracias al microscopio electrónico, sabemos que el citoplasma posee una

organización compleja y que contiene diversas estructuras especializadas. Esas

estructuras son de dos tipos: los organoides o elementos constantes y las inclusiones o

elementos no constantes. La parte del citoplasma en que se hallan dispersos estos

componentes se denomina hialoplasma o matriz citoplasmática. La parte del citoplasma

en contacto con el medio ambiente forma una membrana, la membrana plasmática.

Membrana plasmática

También llamada citoteca, está presente en todas las células. Como es

extremadamente delgada (1/100 de micrón, ), resulta invisible con el microscopio

óptico y debe recurrirse al microscopio electrónico para su observación. En éste aparece

constituida por tres capas: dos capas densas de naturaleza proteica que encierran una

capa clara central y doble, de naturaleza lipídica.

La membrana plasmática puede sufrir múltiples variaciones en relación con los

diversos procesos fisiológicos. En algunas células presenta modificaciones como poros,

vellosidades, pestañas, cilios, etc., que le permiten adherirse a otras células.

Funciones. Limita y protege a la célula.

Permite el paso de sustancias nutritivas por ósmosis y en forma selectiva,

haciéndose permeable o semipermeable, según las necesidades de la célula. Por eso es

una parte vital y funcional, de extrema importancia para regular el contenido celular,

cuya actividad estudiaremos más adelante.

Permite la penetración y la eliminación de sustancias (absorción y excreción,

respectivamente).

Las células vegetales en su gran mayoría poseen externamente a la membrana

plasmática una envoltura más gruesa y no viviente, secretada por el protoplasma, que se

denomina pared celular. Cumple funciones puramente mecánicas como protección y

sostén. Está formada por una lámina de sustancia mucilaginosa o pectina que la une a

5

las células vecinas y membranas de celulosa que le otorgan rigidez. Su espesor varía

según la edad: en las células vegetales jóvenes es delgada y predomina la pectina; las

células adultas están engrosadas por celulosa y en algunos casos por lignina (madera).

Para permitir el pasaje de sustancias de una célula a otra la pared celular presenta gran

número de perforaciones.

Organoides

Son elementos constantes del citoplasma que cumplen un importantísimo papel en

la vida celular. Su función es bien definida. Ellos son:

Mitocondrias. Corpúsculos membranosos con una organización interna definida

pero compleja, que se encuentran dispersos en el citoplasma. También reciben el

nombre de aparato mitocondrial o condrioma.

Fueron observadas por primera vez en 1894 por Altmann, y llamadas así por

Benda en 1897. Al examinarlas con el microscopio óptico, se presentan como gránulos

de 2 a 3 , mientras que con el microscopio electrónico son perfectamente visibles

como organoides redondeados (mitocondrios) o alargados (condriocontos), limitados

por una doble membrana, químicamente igual a la membrana plasmática (de naturaleza

lipoproteica).

La membrana interna emite hacia el interior unas crestas de longitud, forma y

orientación variables.

Contienen numerosas enzimas y representa bioquímica la “central eléctrica” que

proporciona a la célula la energía necesaria para su funcionamiento. Además de las

enzimas, acumulan proteínas, lípidos, compuestos metabólicos, etc.

Generalmente se concentran en la parte del citoplasma con mayor actividad

metabólica.

La abundancia varía según el tipo de célula.

Funciones. 1º Su función principal es la de transformar la energía química,

liberándola, acumulándola o potencializándola. Gracias a las crestas mitocondriales, la

superficie de reacción química es enorme. 2º Intervienen en el metabolismo (=

transformación) de los hidratos de carbono, las proteínas y los lípidos.

Retículo endoplásmico. Es una red de canalículos y vesículas localizadas en el

citoplasma que presentan mayor desarrollo en el endoplasma (de ahí deriva su nombre).

6

La membrana que limita a los componentes de este sistema es químicamente similar a la

membrana plasmática.

Algunos poseen una superficie lisa y uniforme: es el retículo endoplásmico liso o

agranular, mientras que otros presentan una superficie rugosa porque en su cara externa

se adhieren partículas, llamadas ribosomas o gránulos de Palade, en honor a su

descubridor: es el retículo endoplásmico rugoso o granular (ergastoplasma).

Los últimos estudios han demostrado el importante papel que desempeñan los

ribosomas en la síntesis de las proteínas: preparan las que reemplazarán a las

consumidas por las células. Las enzimas que intervienen en todos los procesos químicos

de la célula son proteínas formadas por los ribosomas.

Funciones. 1º Transporta y distribuye dentro de la célula las sustancias elaboradas

por ésta. 2º Origina las membranas nucleares y plasmáticas de las células hijas.

Aparato reticular interno o complejo de Golgi. Este organoide, que se localiza

cerca del núcleo, fue observado por Golgi en 1898 en células nerviosas. En su estructura

intervienen sacos aplanados, vacuolas y vesículas que se comunican permanente o

temporalmente con la membrana nuclear y con el retículo endoplásmico, con el que se

confundía hasta la invención del microscopio electrónico.

En las células vegetales, con excepción de bacterias, hongos y algas, el complejo

de Golgi es sustituido por un aparato reticular rudimentario llamado golgiosoma o

dictiosoma formado por sacos aplanados superpuestos con numerosas vesículas.

7

Función. Aún no se ha determinado bien, pero participa en la acumulación de

productos elaborados por la célula.

Centro celular. Visto con el microscopio óptico presenta una granulación central

doble, el centriolo, rodeado de una zona clara o microcentro y de una zona densa o

centrosfera, de la que parten irradiaciones llamadas áster. Al microscopio electrónico la

parte central o centriolo aparece formado por dos cilindros dispuestos en ángulo recto,

constituido cada uno por nueve túbulos más pequeños.

Se presenta en todas las células animales y en las células de vegetales inferiores,

pero carecen de él las células de los vegetales superiores.

Función. Interviene activamente en la división celular somática o mitosis.

Lisosomas. Son organoides de morfología variable, los cuales contienen enzimas

que participan en los procesos de digestión celular, y en la fagocitosis (propiedad

mediante la cual las células digieren cuerpos extraños).

Plástidos. Son organoides típicos de las células vegetales (excepto algas

primitivas, hongos y bacterias) que, junto con las mitocondrias, intervienen en los

procesos energéticos suministrando la energía necesaria para la realización de la

mayoría de las actividades celulares.

Hay gran variedad de plástidos, que se diferencian tanto por su morfología como

por su función. Teniendo en cuenta su coloración, los podemos dividir en: incoloros o

leucoplastos o con color o cromoplastos.

Los leucoplastos son pequeños plástidos que carecen de pigmentos. Se desarrollan

en células vegetales que crecen en la oscuridad o en lugares poco iluminados. Son

elementos almacenadores que, según las sustancias que acumulan, se denominan

amiloplastos (almidón), elaioplastos (aceites) y aleuronoplastos o proteinoplastos

(proteínas).

Los cromoplastos contienen pigmentos que les dan color a las células. Los más

importantes son los cloroplastos, que se caracterizan por la presencia de un pigmento

verde, la clorofila, que actúa como intermediario en el proceso de fotosíntesis. Otros

cromoplastos contienen pigmentos “no fotosintéticos”, químicamente derivados del

caroteno (pigmento amarillo-rojo-anaranjado), muy común en flores y frutos, en hojas

secas (xantofila), en el tomate (licopeno), en la raíz de la zanahoria, etc. Los

cromoplastos generalmente se originan a partir de los cloroplastos, por sustitución

parcial o total de la clorofila por otros pigmentos no verdes.

Vacuolas. Soncavidades envueltas en membranas lipoproteicas, que se hallan

preferentemente en el citoplasma de células vegetales. En las células vegetales jóvenes

son escasas y pequeñas, pero a medida que aquéllas envejecen, se agrandan y forman

una vacuola única que ocupa casi todo el espacio celular.

La membrana vacuolar evita que su contenido se mezcle con el citoplasma. El

contenido vacuolar es muy variado. Puede contener sustancias minerales (cloruros,

nitratos, fosfatos), ácidos, glúcidos, taninos, pigmentos, proteínas, alcaloides (morfina,

atropina), etc.

En las células animales las vacuolas cumplen funciones muy específicas, como las

vacuolas alimenticias, digestivas, excrementicias y pulsátiles de los protozoos. En otros

casos reservan sustancias como glucógeno (= almidón animal).

8

Función. En general acumulan sustancias.

Inclusiones o paraplasma

Son elementos inconstantes o transitorios que se encuentran en el citoplasma.

Carecen de estructura y composición química definidas, porque su origen es muy

variado.

Pueden ser productos de excreción y secreción, pigmentos sintetizados por el

organismo (hemoglobina, bilirrubina, melanina), sustancias de reserva (almidón,

glucógeno, grasas, aceites), material fagocitado, sustancias anormales acumuladas

(polvo de carbón, depósitos de hierro) o sustancias alimenticias almacenadas (grasa de

las células adiposas).

Las inclusiones se diferencian de los organoides porque no forman parte de la

materia viva o protoplasma y no son esenciales para la vida.

Núcleo o carioplasma

Es constante en todas las células vivientes. Rige la actividad celular e interviene

directamente en funciones anabólicas (de crecimiento) y de reproducción. Fue

descubierto por Robert Brown en 1831.

Forma. Es variable, pero la más frecuente es la esférica (isodiamétrica).

Ubicación. Generalmente se encuentra en el centro de la célula, donde existe

mayor actividad.

Estructura. Externamente presenta una membrana nuclear o carioteca, que está

presente en todas las células vegetales y animales, excepto en las algas azulverdosas y

en las bacterias. Al mismo tiempo que separa al núcleo del citoplasma, esta membrana

regula el pasaje de sustancias a través de poros que presenta de trecho en trecho. Es

doble, lo mismo que la de los organoides, y de naturaleza química lipoproteica.

En su interior se encuentra un jugo incoloro, homogéneo y viscoso, llamado

cariolinfa, nucleoplasma o jugo nuclear que baña a la cromatina y al nucléolo.

La cromatina está formada por filamentos presentes en la célula entre dos

divisiones sucesivas (etapa de interfase) porque durante la división celular mitótica se

9

enrollan en espiral formando los cromosomas. Es decir la cromatina es la materia prima

que constituye a los cromosmas.

El nucléolo es un corpúsculo esférico y brillante que se encuentra en casi todas las

células vegetales y animales, y que interviene en la síntesis de las proteínas. Su número

varía entre uno y tres.

Entre el núcleo y el citoplasma existe un equilibrio determinado por el constante

intercambio de sustancias a través de la membrana nuclear.

Cromosomas

Estos componentes nucleares fueron denominados así por Waldeyer, en 1888. Se

ven con nitidez únicamente durante la división celular porque en la interfase, como ya

vimos, se presentan como filamentos y gránulos que forman un retículo o red de

cromatina.

Estructura. Durante la división la red de cromatina se espiraliza y forma la

estructura que conocemos como cromosomas. Cada cromosoma está compuesto por dos

filamentos arrollados en espiral, los cromonemas, que lo recorren en toda su extensión.

Aproximadamente en la mitad de su longitud poseen una esferita clara, el centrómero,

que lo divide en dos brazos o telómeros. En las células vegetales el centrómero origina

el huso.

Número de cromosmas. Varía según la especie, pero es constante para todos los

organismos de una misma especie.

Todas las células de un organismo poseen el mismo número de cromosomas

(número diploide), excepto las células sexuales (grano de polen y óvulo en las plantas

con flores; anterozoide y oosfera en las plantas sin flores; espermatozoide y óvulo en los

animales, incluso el ser humano) en que el número cromosómico se reduce a la mitad

(número hapoloide) porque al unirse ambas células para constituir la “célula huevo”,

forman el número normal de cromosomas que caracteriza a la especie.

El número de cromosomas es variable. El mayor número registrado hasta ahora es

de 1.600 cromosomas que presentan las células de un animal unicelular marino

microscópico (protozoo), y el menor número es de 2, que poseen las células de un

nematelminto (gusano). En la mayor parte de las especies, el número cromosómico

10

oscila entre 10 y 50, siendo excepcionales las células que contienen más o menos que

éstos.

Ultraestructura. Los cromosomas están formados por moléculas gigantes

llamadas nucleoproteínas, que a su vez están constituidas por un ácido nucleico y una

proteína. El ácido nucleico es el ADN y forma los filamentos del cromosoma.

Los cromosomas siempre existen por pares, e invariablemente hay dos de cada

clase. Los que forman un par idéntico se llaman cromosomas homólogos o autosomas.

Aquellos en que los elementos del par son diferentes se denominan cromosomas

heterólogos o gonosomas; es el caso de los cromosomas sexuales. En el hombre las

células del cuerpo o somáticas tienen 46 cromosomas (23 pares), de los cuales 44 (22

pares) son autosomas y 2 (1 par) son gonosomas.

Función de los cromosomas. La función consiste en asegurar una repartición

equitativa de la información hereditaria que se encuentra almacenada en el código

genético el ADN en las dos células hijas que resultan de la mitosis.

La información hereditaria trasmitida por el ADN es recibida por otro ácido

nucleico, el ARN, también presente en la célula. Como este ácido pasa de un individuo

al otro a través de la reproducción, los caracteres de los progenitores se trasmiten a la

descendencia y los cromosomas se constituyen así en el eslabón físico entre las

generaciones sucesivas, lo que se conoce como continuidad genética de la vida.

RESUMEN

11

12

ACTIVIDADES DE LA MEMBRANA CELULAR

La presencia de esta membrana es indispensable en todas las células para que

puedan desarrollar una vida propia. Como ya vimos, la membrana presenta una

estructura trilaminar, es decir, formada por dos capas de proteínas que encierran una

doble capa de lípidos (proteína-lípidos-proteínas), y no es continua porque posee

diminutos poros que facilitan el intercambio de sustancias con el medio.

Esta membrana no permite el paso de cualquier sustancia, sino que selecciona las

que le son necesarias. Se dice que una membrana es “permeable” cuando permite el

paso de cualquier sustancia, y que es “impermeable” cuando no permite el paso de

ninguna sustancia. Si la membrana controla el ingreso y la salida de sustancias, como en

el caso de la membrana celular, se dice que es semipermeable o de permeabilidad

selectiva.

Las células vivas cumplen el transporte de sustancias gracias a dos fenómenos

físicos: difusión y ósmosis.

La difusión es el desplazamiento de las moléculas que componen una sustancia,

en forma homogénea y en todas direcciones por todo el espacio disponible. Por ejemplo,

cuando se deja caer un terrón de azúcar en un recipiente con agua (1) sus moléculas se

dispersan uniformemente (2). Si introducimos otra sustancia, como por ejemplo sal (3),

sus moléculas se dispersan independientemente de las anteriores (4).

La difusión de agua a través de una membrana permeable o semipermeable se

denomina ósmosis, y la difusión de una sustancia disuelta recibe el nombre de diálisis.

La ósmosis y la diálisis son dos formas de difusión.

13

Los procesos de permeabilidad selectiva enumerados que se cumplen a través de

la membrana plasmática son movimientos pasivos, porque tienen lugar desde un lugar

de mayor concentración hacia otro de menor concentración y sin gasto de energía. Pero

a través de la membrana plasmática también se producen movimientos activos, que

consisten en la entrada o salida de sustancias de la célula de un lugar de baja

concentración a otro lugar de alta concentración, con gasto de energía para ir,

precisamente, en contra de ese gradiente de concentración.

Procesos de transporte pasivo y activo

En las células vegetales, a medida que el agua entra, el protoplasma se comprime

contra la pared celular produciéndose una presión interna denominada presión de

turgencia. Se dice entonces que la célula está turgente. Pero si el líquido que rodea a la

célula tiene mayor concentración de sales o azúcares que el contenido celular, el agua

que ésta contiene se difunde hacia fuera por el proceso de difusión. Es decir, que pasa

de un lugar de alta concentración de agua a otro de concentración más baja; entonces la

presión de turgencia desaparece porque el contenido celular al perder agua deja de

presionar la pared y, por el contrario, se contrae separándose de ella. En este proceso,

que recibe el nombre de plasmólisis, la célula se marchita.

La fagocitosis y la pinocitosis son dos ejemplos de movimientos celular activo. La

fagocitosis es la incorporación de partículas sólidas por medio de la formación de

pseudópodos que las rodean y las engloban. Se observa en las amebas como función

alimenticia y en los leucocitos como función de defensa, ya que protegen al organismo

contra la invasión de microbios. La pinocitosis es la incorporación de sustancias

líquidas en forma de gotitas gracias a la invaginación de la membrana plasmática.

14

PROCESOS METABÓLICOS

La molécula de ATP

Además de los ácidos nucleicos, en los seres vivos se encuentran otros

nucleótidos simples de gran importancia biológica, como el ATP o adenosintrifosfato (o

también, trifosfato de adenosina), molécula que al romperse libera gran cantidad de

energía que es utilizada para cumplir diversos procesos biológicos.

El ATP es fabricado por las mitocondrias durante la respiración celular y los

cloroplastos durante la fotosíntesis. La molécula de estos nucleótidos está constituida

por una fracción principal, que llamaremos A (por la base adenosina), a la que se unen

tres grupos idénticos de átomos formados por hidrógeno, oxígeno y fósforo (ácido

fosfórico o fosfato), que representaremos en la letra P.

El ATP, al intervenir en diversas funciones celulares, libera energía rompiendo su

molécula y transformándose en ADP o adenosindifosfato; este último, al incorporar

energía, se convierte nuevamente en ATP (durante las complejas reacciones enzimáticas

referidas, principalmente). De tal modo, la función de estos nucleótidos es aceptar la

energía liberada en algunos procesos y cedérselas a otros cuando es necesaria; serían

como una “moneda de intercambio” energética.

Los procesos energéticos

Las enzimas son sustancias químicas proteicas sintetizadas por las células vivas,

que regulan la especificidad y la velocidad de los procesos químicos en el interior del

protoplasma y permiten que se realicen a bajas temperaturas (20ºC).

Las reacciones que liberan calor se llaman exotérmicas y las que acumulan calor

se denominan endotérmicas. Entre las primeras se halla la acción de las enzimas sobre

los alimentos simplificados (glucosa, ácidos grasos, aminoácidos, principalmente la

primera). Esta degradación se cumple en el interior de las mitocondrias y da como

resultado la formación de dióxido de carbono y agua. Para la degradación de la glucosa

es necesario oxígeno, que la célula retira del medio.

La fotosíntesis

Las plantas verdes por medio de la fotosíntesis o asimilación clorofílica proveen a

todos los demás seres vivos, incluso al hombre, de los alimentos y el oxígeno que

necesitamos para vivir. Durante este proceso las plantas verdes forman alimentos muy

ricos en energía a partir de sustancias simples inorgánicas (agua, minerales y dióxido de

carbono) que extraen del medio donde viven y de la energía luminosa que la clorofila

capta del Sol.

15

La fotosíntesis es muy compleja y se lleva a cabo en dos etapas:

1. Etapa luminosa. Se cumple en presencia de la luz solar. Consiste en captar la

energía del Sol y almacenarla en forma de compuestos de alto energético, el ATP o

trifosfato de adenosina, que la planta utilizada para separar el agua en sus dos

componentes (hidrógeno y oxígeno), proceso que se denomina fotólisis.

El hidrógeno interviene en la etapa siguiente, en tanto que el oxígeno pasa a la

atmósfera. Las plantas verdes constituyen la única fuente natural de oxígeno para el

aprovisionamiento de la atmósfera.

2. Etapa de oscuridad. Tiene lugar durante el día y se extiende hasta el

crepúsculo. En su transcurso, el ATP acumulado brinda la energía para la fijación del

dióxido de carbono y posibilita que se combine con el hidrógeno del agua para formar

una sustancia orgánica o azúcar. Por lo tanto esta fase consiste en la producción de

alimentos (energía química potencial).

Gráfico que resume la fotosíntesis

Etapa oscura: 2H2O + energía solar O2 + 4H+ + 4e

–

Etapa luminosa: hidrógeno + dióxido de carbono glucosa (C6H12O6)

La respiración celular

El término “respiración” no sólo comprende el intercambio de gases respiratorios,

sino que también abarca todas las reacciones enzimáticas que se cumplen en el interior

de las células y en las que se consume oxígeno (respiración aeróbica). En su transcurso

se libera o se almacena energía.

Recordemos que las enzimas son sustancias químicas proteicas sintetizadas por

las células vivas, que regulan la especificidad y la velocidad de los procesos químicos

en el interior del protoplasma y permite que se realicen a bajas temperaturas (20ºC).

Las reacciones que liberan energía se llaman exergónicas y las que acumulan

energía se denominan endergónicas. Entre las primeras se halla la acción de las enzimas

sobre los alimentos simplificados (glucosa, ácidos grasos, aminoácidos), principalmente

sobre la glucosa. Esta degradación se cumple en el interior de las mitocondrias y da

como resultado la formación de dióxido de carbono y agua. Para la degradación de la

glucosa es necesario oxígeno, que la célula retira del medio.

Este proceso bioquímico en el cual la glucosa es oxidada completamente a

dióxido de carbono y agua, en presencia de oxígeno molecular y con gran liberación de

energía, se denomina respiración aeróbica. Consiste en una serie de reacciones en

cadena cuyos productos finales entran en una reacción cíclica, llamada rueda de la

16

energía intracelular o ciclo de Krebs, en honor al bioquímico Hans Krebs, ganador del

Premio Nobel de Fisiología y Medicina de 1953.

El ciclo de Krebs, o ciclo del ácido cítrico, comienza a partir del ácido pirúvico,

que se forma como consecuencia de la degradación de la glucosa, en ausencia de

oxígeno. Este ácido, al ser oxidado, libera dióxido de carbono y se transforma en un

derivado activo del ácido acético (la acetil-coenzima A). La acetil-CoA (compuesto de 2

carbonos) se une al ácido oxalácetico (con 4 carbonos) para formar una molécula más

grande y más compleja, el ácido cítrico (con 6 carbonos). Este cumple una serie de

reacciones enzimáticas cíclicas durante las cuales se libera dióxido de carbono e

hidrógeno, que en el proceso respiratorio final se une con el oxígeno y forma agua.

Mientras que la molécula de ácido oxalacético se recupera totalmente y puede reanudar

otro ciclo, en cambio, la molécula de acetil-CoA se ha oxidado completamente a

dióxido de carbono y agua, con gran liberación de energía, que se almacena como ATP

en las mitocondrias.

Manejo de la energía en las células

Las reacciones endergónicas también tienen lugar en las mitocondrias, donde por

acción de otras enzimas se forman sustancias como el ATP o trifosfato de adenosina que

reservan como energía. Cuando la célula necesita energía, la obtiene descomponiendo el

ATP, ya que cada molécula es capaz de liberar entre 9.000 y 11.000 calorías (una

caloría es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de un gramo de agua

destilada de 14,5ºC a 15,5ºC).

17

La respiración celular tiene lugar en los seres vivos en forma ininterrumpida las

24 horas del día y hasta su muerte.

Fermentación

Existen algunas excepciones a la regla general de que el oxígeno es

imprescindible para todas las reacciones enzimáticas. En algunos casos, el oxígeno

presente en el medio no basta o no llega con rapidez al lugar donde se necesita; entonces

se produce una respiración defectuosa en la que no se consume bien la energía liberada.

Este proceso llamado respiración anaeróbica o de fermentación se observa

continuamente en algunas bacterias y parásitos del intestino de los mamíferos, y en

algunos momentos en las levaduras.

18

DIVISIÓN CELULAR Y GENÉTICA MOLECULAR ELEMENTAL

La estructura de los ácidos nucleicos y la síntesis de proteína

Los ácidos nucleicos fueron descubiertos por el bioquímico suizo Friedrich

Meischer, en 1870, pero sólo en los últimos años se les otorgó importancia biológica.

Son moléculas granes (macromoléculas) y complejas que contienen carbono,

hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y fósforo. Tienen forma de cintas de gran longitud,

donde se repite la misma estructura a intervalos regulares. Esas estructuras son las

unidades de la cadena y se llaman nucleótidos. Cada nucleótido está formado por una

molécula de ácido fosfórico y un azúcar simple al que se fija una estructura orgánica

cíclica llamada base (ácido fosfórico-azúcar-base cíclica nitrogenada).

Según el azúcar que intervenga en su formación hay dos tipos diferentes de ácidos

nucleicos: el ácido ribonucleico o ARN, cuyo azúcar es la ribosa, y el ácido

desoxirribonucleico o ADN, en el que el azúcar es la desoxirribosa. Todas las células

vivas, vegetales o animales, poseen ambos ácidos nucleicos, ARN y ADN, excepto los

virus, que contienen uno u otro, pero nunca ambos.

ADN ARN

Nombre Ácido desoxirribonucleico Ácido ribonucleico

Unidades químicas básicas Desoxirribonucleótidos Ribonucleótidos

Azúcar Desoxirribosa Ribosa

Forma Filamentos Gránulos esféricos

Distribución Presente en todos los seres

vivos, excepto algunos

virus bacteriófagos

Presente en todos los seres

vivos, excepto algunos

virus

Ubicación celular Núcleo: cromosomas 99 % Citoplasma: ribosomas 90 %

Cantidad Constante para cada

especie

Variable, según la síntesis

de las proteínas

Origen De otra molécula de ADN

(autoduplicación)

Proviene del ADN

Importancia Responsables químicos de la herencia

El ADN se localiza preferentemente en la cromatina o cromosomas del núcleo

(99%) e interviene en la herencia, es decir, en la transmisión de los caracteres

hereditarios de una generación a otra. Son largas moléculas constituidas con miles de

nucleótidos. En 1953, dos investigadores estadounidenses, James Watson y Francis

Crick (premios Nobel de Medicina en 1962), representaron esquemáticamente el ADN

como dos cintas helicoidales que se unen paralelas formadas por nucleótidos que se

unen a los de las cadenas opuestas por puentes de hidrógeno.

19

El ADN se origina en otra molécula de ADN por autoduplicación: durante la

división celular las cintas se separan y cada una mantiene su integridad física formando

una cadena complementaria. A su vez, el ADN origina al ARN.

Los nucleótidos llevan codificados todos los caracteres físicos del nuevo

individuo, y constituyen la base química de los genes.

El ARN se encuentra en mayor cantidad en el citoplasma (90 %). En general, bajo

la supervisión del ADN, es el encargado de conducir la síntesis de las proteínas:

algunas de ellas se incorporan al protoplasma determinando el crecimiento de las

células, y otras, las proteínas enzimáticas o enzimas, dirigen todas las reacciones

químicas que se cumplen en ellas.

Existente distintos tipos de ARN con una estructura, función y localización

diferentes:

El ARN ribosómico (ARNr), que constituye el 80 % del total del ARN

citoplasmática, forma parte de los ribosomas. Sirve de apoyo al ARN mensajero y

participa de la síntesis de las proteínas.

El ARN mensajero (ARNm), que representa el 10 % del ARN nuclear, lleva la

información genética (codificada en el ADN) del núcleo al citoplasma atravesando los

poros de la membrana nuclear.

El ARN de transferencia (ARNt), que constituye el 10 % restante del ARN

citoplasmático, conduce los aminoácidos (materia prima para la elaboración de las

proteínas) dispersos por el citoplasma hacia el lugar donde se cumple la síntesis de las

proteínas.

20

Gráfico que resume la secuencia de pasos en la síntesis de las proteínas

21

Cromosomas

Estos componentes nucleares fueron denominados así por Waldeyer, en 1888. Se

ven con nitidez únicamente durante la división celular porque en la interfase, como ya

vimos, se presentan como filamentos y gránulos que forman un retículo o red de

cromatina.

Estructura. Durante la división, la red de cromatina se espiraliza y forma la

estructura que conocemos como cromosoma. Cada cromosoma está compuesto por

filamentos arrollados en espiral, los cromonemas, que lo recorren en toda su extensión.

Aproximadamente en la mitad de su longitud poseen una esferita clara, el centrómero,

que lo divide en dos brazos o telómeros. En las células vegetales el centrómero origina

el huso.

Número de cromosomas. Varía según la especie, pero es constante para todos los

organismos de una misma especie.

Todas las células de un organismo poseen el mismo número de cromosomas

(número diploide), excepto las células sexuales (grano de polen y óvulo en las plantas

con flores; anterozoide y óvulo en las plantas sin flores; espermatozoide y óvulo en los

animales, incluso en el hombre) en que el número cromosómico se reduce a la mitad

(número haploide) porque al unirse ambas células para constituir la “célula huevo”,

forman el número normal de cromosomas que caracteriza a la especie.

El número de cromosomas es variable. El mayor número registrado hasta ahora es

de 1.600 cromosomas que presentan las células de un animal unicelular marino

microscópico (protozoo), y el menor número es de 2, que poseen las células de un

nematelminto (gusano). En la mayor parte de las especies, el número cromosómico

oscila entre 10 y 50, siendo excepcionales las células que contienen más o menos que

éstos.

Ultraestructura. Los cromosomas están formados por moléculas gigantes

llamadas nucleoproteínas, que a su vez están constituidas por un ácido nucleico y una

proteína. El ácido nucleico es el ADN y forma los filamentos del cromosoma.

Los cromosomas siempre existen por pares, e invariablemente hay dos de cada

clase. Los que forman un par idéntico se llaman cromosomas homólogos o autosomas.

22

Aquellos en que los elementos del par son diferentes se denominan cromosomas

heterólogos o gonosomas; es el caso de los cromosomas sexuales. En el hombre las

células del cuerpo o somáticas tienen 46 cromosomas (23 pares), de los cuales 44 (22

pares) son autosomas y 2 (un par) son gonosomas.

Función de los cromosomas. La función consiste en asegurar una repartición

equitativa de la información hereditaria que se encuentra almacenada en el “código

genético” del ADN en las dos células hijas que resultan de la mitosis.

La información hereditaria trasmitida por el ADN es recibida por otro nucleico, el

ARN, también presente en la célula. Como este ácido pasa de un individuo al otro a

través de la reproducción, los caracteres de los progenitores se tramiten a la

descendencia y los cromosomas se constituyen así en el eslabón físico entre las

generaciones sucesivas, lo que se conoce como continuidad genética de la vida.

Mitosis

También llamada división celular somática, es más complicada que división

directa, pero durante su proceso se asegura una exacta distribución de la cromatina

nuclear.

Se cumple mediante dos procesos armónicos y continuos, pero independientes, la

división del núcleo o cariocinesis, y la división del citoplasma, llamada citocinesis o

citodiéresis. Se denomina interfasea la etapa de reposo aparente de la célula que media

entre dos divisiones sucesivas. Para su mejor estudio la citocinesis se divide en diversas

etapas:

Profase. Es un proceso preparatorio en que ocurren cambios en la célula, que

adopta una forma casi esférica. El citoplasma se vuelve más turgente y refringente

(brillante), y el núcleo se torna menos viscoso por la entrada de agua. Comienzan a

visualizarse los cromosomas porque la cromatina se acorta y aumenta su grosor por

espiralamiento. Estos se hallan en número constante para especie vegetal o animal y

rigen fenómenos de variación, herencia y evolución en los seres vivos.

23

En las células animales los centriolos se dividen y emigran hacia los polos,

siguiendo una trayectoria semicircular. Se rodean de irradiaciones que toman el nombre

de ástereso esferas atractivas.

Prometafase. La membrana nuclear se desintegra y pasa a integrar el retículo

endoplásmico, el nucléolo desaparece y se forman los “husos”, que se extienden entre

ambos polos. En las células animales los husos se constituyen a partir de los centriolos,

pero en las células vegetales que carecen de estos organoides, son formados por los

cromosomas.

Esta fase finaliza con el ordenamiento de los cromosomas en el plano ecuatorial.

En los vegetales la ubicación es desordenada, mientras que en la célula animal se

disponen ordenadamente con sus vértices orientados hacia el centro del plano y los

brazos hacia fuera.

Metafase. Es un momento de equilibrio y descanso aparente en la célula.

Anafase. Los cromosomas se dividen longitudinalmente en dos mitades llamadas

cromátidas, formando los cromosomas hijos. Ya desdoblados, orientas sus vértices

hacia los polos y se dirigen hacia ellos por los husos. Este momento es el de la

verdadera división.

Telofase. Los cromosomas hijos llegan a los polos y se disponen en posición

paralela. Se producen fenómenos inversos de los que ocurren en la profase: se

reconstruye la membrana nuclear a partir del retículo endoplásmico y reaparece el

nucléolo. Los cromosomas se desespiralizan y se hacen cada vez menos visibles.

24

La división del citoplasma (citocinesis) es un proceso independiente de la

cariocinesis, y comienza durante la telofase.

Es diferente según se consideren células animales o células vegetales. En las

células animales se produce un estrangulamiento a nivel de la zona ecuatorial que

origina dos células hijas. En las células vegetales (excepto en bacterias, hongos y algas

cianofíceas) no existe estrangulación sino tabicamiento. A nivel de la zona ecuatorial,

por unión de vesículas, se forma una placa celular discontinua, puesto que existen

puentes llamados plasmodesmos que comunican a las dos células hijas.

Significado de la mitosis

La distribución de la cromatina en partes iguales tiene gran significado para la

comprensión de la herencia, ya que los genes o determinantes de los caracteres

hereditarios residen en los cromosomas y se dividen al hacerlo éstos. Esta repartición

distribuye dotaciones iguales de genes a todas las células del organismo.

Duración del proceso. Según la especie, las características de los factores del

medio y el tipo de célula, la mitosis varía entre minutos y horas, siendo la profase (etapa

preparatoria) la de mayor duración y la anafase la más corta.

25

LA CONTRACCIÓN MUSCULAR

El movimiento de los músculos y los géneros de palanca

El movimiento de las diferentes partes del cuerpo es el resultado de la actividad

armónica de los elementos que constituyen el aparato locomotor: huesos, articulaciones

y músculos. Mientras que los huesos y las articulaciones son estructuras pasivas, los

músculos forman la parte activa.

El movimiento se produce porque, al contraerse el músculo, las partes duras o

huesos en los que se inserta se acercan gracias a la existencia de una articulación móvil

que los une. La acción combinada de los tres componentes del aparato locomotor puede

compararse con la función de una palanca. En el cuerpo humano se encuentran tres

géneros distintos de palanca, pero la más común de éstas es la de tercer género:

- De primer género: articulación de la cabeza con el atlas.

- De segundo género: articulación de la pierna con el pie.

- De tercer género: articulación del codo, entre otras.

Articulación de la cabeza con la columna vertebral. El punto de apoyo es la

articulación (los cóndilos del occipital con las cavidades glenoides del atlas), la

resistencia es el peso de la cabeza que tiende a inclinarse hacia adelante, y la potencia

está dada por los músculos de la nuca.

Articulación de la pierna con el pie, cuando nos ponemos en puntillas. El punto

de apoyo es la extremidad anterior del pie, la resistencia es el peso del cuerpo que se

eleva, y la potencia está representada por los músculos de la parte posterior de la pierna,

que se insertan en el tarso (hueso calcáreo).

Articulación del codo. El punto de apoyo es el codo, la resistencia es el peso del

antebrazo, y la potencia son los músculos que se insertan en la región anterior del brazo

y del antebrazo.

26

Comúnmente cada músculo posee su antagonista, es decir, el que se opone a su

movimiento con el fin de mantener cierto grado de tensión e impedir que el movimiento

sea brusco y descontrolado (músculos flexores-extensores; aductores-abductores;

supinadores-pronadores).

La coordinación anatomofuncional del sistema óseo-artro-muscular interviene en:

a) La postura o posición bípeda (columna vertebral y músculos que posibilitan sus

movimientos).

b) El equilibrio y la marcha (músculos y huesos del esqueleto axial y miembros

inferiores).

c) La respiración (huesos y músculos inspiradores de la caja torácica, y músculos

abdominales espiradores).

d) La masticación (huesos y músculos de la región mandibular y lengua).

e) La defensa y la prensión de objetos (huesos y músculos de la cintura escapular y

miembros superiores).

f) La mímica o fisonomía (músculos de la cara y cuello).

g) La evacuación visceral (músculos abdominales).

h) La contención visceral (músculos pélvicos).

Como podemos comprobar, esta coordinación es muy importante, no sólo para la

locomoción, sino también para el buen cumplimiento de otras funciones.

Mecanismo de la contracción muscular

Los músculos esqueléticos gozan de dos propiedades esenciales: la

contractibilidad y la elasticidad.

La contractibilidad es la propiedad que tiene el músculo de contraerse cuando es

estimulado. Este movimiento activo es opuesto al estado pasivo de relajación en que se

halla el músculo cuando está en reposo. Durante la contracción, el músculo disminuye

su longitud y aumenta su grosor, pero sin variar su volumen.

La elasticidad es la propiedad que tiene el músculo estriado de volver a su forma y

tamaño primitivos, una vez que el estímulo deja de actuar. Gracias a que el músculo es

un órgano elástico puede recobrar esa forma después de la contracción. La figura

representa la elasticidad del músculo, lo que se demuestra con una experiencia sencilla.

27

Cuando una persona está consciente, sus músculos se encuentran en un estado de

semicontracción, llamado tono muscular (tonicidad muscular). Ese tono está

determinado por la semicontracción de músculos antagónicos, como flexores y

extensores de la pierna, y son los que mantienen la postura erecta del cuerpo,

impidiendo que se tambalee hacia adelante o hacia atrás. El estado de semicontracción

permanente está determinado por estímulos nerviosos de escasa intensidad, que el

músculo recibe constantemente. Hay distintos tipos de contracción:

Contracción simple. Es la que se obtiene cuando se aplica al músculo un estímulo

simple (por ejemplo, una descarga eléctrica única); el músculo se contrae iniciando el

período de contracción, para luego relajarse cumpliendo el período de relajación.

Después de la contracción sobreviene el periodo de recuperación: el músculo consume

oxígeno y elimina dióxido de carbono y calor. Si antes que el músculo se recupere en

forma total se lo estimula repetidamente, las contracciones se hacen cada vez más

débiles porque el músculo se cansa. Es lo que se denomina fatiga muscular.

Contracción tetánica. Si a pesar de la fatiga se lo sigue estimulando, el músculo

entra en un estado de contracción sostenida, llamada tétanos fisiológico, vulgarmente

conocido como calambre.

Contractura. Se denomina así al estado de contracción sostenida provocada por

acción de temperaturas extremas (bajas o altas) o de venenos. Al cabo de un tiempo

puede desaparecer, recuperando el músculo su capacidad contráctil.

Rigidez cadavérica. Se denomina así a un estado de contracción definitiva que se

produce al detenerse la circulación. Comienza aproximadamente a las cinco horas de

producida la muerte y termina cuando comienza la descomposición orgánica.

Mecanismo molecular de la contracción

La función básica del tejido muscular es la contracción, es decir, el acortamiento

de los haces de fibras (células) musculares. Esta acción mecánica, realizada bajo

estímulos y controles adecuados, permite la realización de diversos tipos de

movimientos.

El tejido muscular está formado por células gigantes muy largadas llamadas

fibras. Su citoplasma tiene filamentos proteínicos llamados miofibrillas, los que están

relacionados con su principal propiedad que es la contractibilidad. La fibra muscular

posee, además, numerosos núcleos.

28

Las miofibrillas del músculo presentan el aspecto de discos claros y oscuros

alternados, llamados unos Banda A y otros Banda I, respectivamente, que le otorga a la

fibra muscular un aspecto estriado en sentido transversal.

Más en detalle, se observa que la Banda A está interrumpida por un disco claro y

delgado llamado línea Z. La porción de fibra muscular comprendida entre dos líneas Z

recibe el nombre de sarcómero, y constituye la unidad de contracción del músculo.

En consecuencia, un sarcómero está constituido por una Semibanda I, una Banda

A y otra Semibanda I.

La célula muscular presenta en su hialoplasma dos tipos de filamentos

comprometidos en la contracción: los filamentos gruesos, compuestos por una proteína,

miosina, y los filamentos finos, integrados por varias proteínas –actina, la de mayor

importancia, troponina y tropomiosina–.

La Banda A está constituida por los filamentos gruesos de miosina y la Banda I lo

está por los filamentos finos de actina (y troponina y tropomiosina); mientras que las

líneas Z corresponden a discos proteicos donde se insertan los filamentos finos.

El mecanismo de contracción muscular es el siguiente: cuando la unidad de

contracción, el sarcómero, se contrae, los filamentos de actina (delgados) primero se

29

deslizan sobre los de miosina (gruesos) y después sobre la actina opuesta, acercando las

líneas Z entre sí.

Cuando el músculo está en reposo hay un estado de semicontracción que es el que

determina el tono muscular. El tono muscular es un estado de semicontracción

permanente del músculo.

Fenómenos químicos y calóricos de la contracción muscular

El músculo que se contrae transforma energía. En el músculo la energía química

se transforma en energía mecánica y calórica. Esta última se desprende o disipa.

Las reacciones que permiten la producción de energía química son:

a) Primer parte:

En el músculo existe glucógeno acumulado, que es un hidrato de carbono

polímero de la glucosa. La glucosa llega al músculo en la sangre. Además existen

sustancias con fósforo como el ATP (adenosina tri-fosfato) que tiene tres moléculas de

fosfato (ácido del fósforo).

El ATP libera una de sus moléculas de fosfato y se transforma en ADP (adenosina

di-fosfato). Al liberarse el fosfato se desprende gran cantidad de energía que es utilizada

para la contracción.

El glucógeno existente en el músculo, más agua, produce ácido láctico y se

desprende energía.

Esa energía es utilizada para recomponer ATP a partir de ADP y ácido fosfórico

(Pi).

Como puede apreciarse, todas estas reacciones se llevan a cabo sin la presencia de

oxígeno.

b) Segunda parte:

En la primera parte se ha transformado ácido láctico. Las 4/5 partes de este ácido

láctico vuelven a ser transformadas en glucógeno que puede volver a ser utilizado por el

músculo.

La otra quinta parte es oxidada y se produce CO2 y agua con desprendimiento de

calor. Esta oxidación del excedente de ácido láctico es indispensable porque de lo

30

contrario se produce fatiga o cansancio. Por lo tanto, en esta segunda parte se utiliza el

oxígeno que proviene de la respiración.

Cuando un deportista queda muy cansado después de un gran esfuerzo muscular,

se lo masajea para acelerar la circulación de la sangre; en esa forma llega más rápido el

oxígeno que oxida el ácido láctico. Desparecido el ácido láctico desparece el cansancio.

Cuando el músculo se contrae desprende calor. La energía calórica proviene de las

reacciones químicas enumeradas más arriba.

LA CONDUCCIÓN NERVIOSA

¿Cómo se establece la vinculación entre dos neuronas?

La relación se establece entre el axón de una neurona con las dendritas de otra u

otras.

La relación entre ramificaciones del axón y la de las dendritas es un simple

contacto. No hay continuidad ni unión protoplasmática entre ellos. Cada neurona es

independiente de las otras y cuando se establece una conexión es sólo fisiológica. Hay

por lo tanto una relación de vecindad o contigüidad. Este tipo de relación indica que no

existe una red nerviosa en los organismos.

La relación de contigüidad entre las fibras de las neuronas se llama sinapsis.

31

Las dendritas conducen las señales o impulsos nerviosos hacia las células

(conducción centrípeta). El axón conduce la señal o impulso nervioso desde el cuerpo

celular hacia otro lugar (conducción centrífuga).

¿Cómo se mide la velocidad del impulso nervioso?

Se utiliza un preparado neuromuscular, es decir, un músculo conectado a su

nervio. Se excita el nervio en el punto1 y se mide el tiempo que tarda el músculo en

contraerse. Se excita el nervio en el punto 2 y se mide lo mismo.

Se observa que cuando se excita el punto 2, más alejado, el músculo tarda más en

contraerse. Al tiempo de contracción 2 (T2) se le resta el tiempo de contracción 1 (T1).

La diferencia entre T2 – T1 es el tiempo que el impulso nervioso ha tardado en recorrer

la distancia A.

El cálculo correspondiente permite conocer que la velocidad de propagación

oscila alrededor de los cien metros por segundo (100 m/s). Como puede comprobarse,

esta velocidad es muy inferior a la de propagación de una corriente eléctrica.

La propagación del impulso nervioso es un proceso vivo no comparable a una

corriente eléctrica que se propaga por un conductor eléctrico (cable).

La propagación del impulso o influjo nervioso

Toda célula viva puede ser excitada por un estímulo, pero la excitabilidad en la

célula nerviosa está mucho más desarrollada que en las otras clases de células. Además,

las células nerviosas están adaptadas, por sus prolongaciones, a conducir una excitación,

en forma de impulso nervioso, hasta lugares distantes de la zona donde aquélla se ha

producido.

La membrana de las células y las fibras nerviosas están rodeadas de cargas

eléctricas positivas y negativas. La distribución de esas cargas no es uniforme, ya que en

la parte exterior se ubican las cargas positivas y en el interior las negativas. En

consecuencia, se crea un campo eléctrico entre la parte externa y la interna y, por

consiguiente, aparece una diferencia de potencial.

Cuando la neurona está en reposo, su membrana está polarizada porque hay una

diferencia de potencial permanente y estable entre la pared exterior y la interior de la

misma.

32

¿Qué se entiende por diferencia de potencial?

Supongamos dos tanques de agua unidos por un caño. El tanque A está casi lleno

y el B contiene poca agua. Una canilla interrumpe el paso de agua. La diferencia de

nivel entre A y B es apreciable. Si se abre la canilla, el agua pasa de donde tiene mayor

nivel hacia donde tiene menos, hasta que el nivel sea igual en ambos tanques.

En la membrana celular ocurre algo parecido, porque hay una diferencia de nivel

eléctrico entre la parte exterior positiva y la interna negativa. A esta diferencia se la

denomina diferencia de potencial.

¿Qué ocurre si la membrana se vuelve permeable?

Si la membrana se vuelve permeable, las cargas positivas tienden a penetrar al

interior y el exterior se carga negativamente; ese movimiento del exterior al interior se

debe a la diferencia de potencial entre ambas partes a los lados de la membrana.

La neurona entra así en una etapa de acción o “etapa activa”.

Cuando un estímulo excita la membrana, ya sea en el cuerpo celular, dendrita o

axón, ésta se vuelve permeable y se produce una “perturbación” o alteración de la

polarización, que consiste, como se dijo, en la penetración de cargas positivas al interior

de la célula. Esa perturbación no se localiza sino que se propaga en ambos sentidos a

partir del punto excitado.

33

La figura a continuación muestra cómo avanza la zona perturbada en la membrana

y cómo ésta vuelve a su estado de reposo una vez que se ha producido el impulso

nervioso.

34

El desplazamiento o propagación de la perturbación de la polarización es el

“impulso” o “influjo nervioso”.

El impulso nervioso se desplaza a velocidad constante; los impulsos que

“retroceden”, es decir, que toman el camino de las neuronas son detenidos en las

sinapsis, pero los que toman el camino normal del axón se transmiten, en el lugar de las

sinapsis, a las dendritas de otras células nerviosas vecinas.

¿Cómo pasa el impulso nervioso de un axón a una dendrita en la sipansis?

Se ha comprobado que la parte terminal de las prolongaciones del axón segregan

pequeñas cantidades de una sustancia química; en muchos casos esa sustancia es la

acetilcolina.

La acetilcolina producida por el axón se difunde y alcanza las prolongaciones

dendríticas de otra y otras células. Cuando la acetilcolina entra en contacto con una

dendrita provoca una perturbación en su membrana y se inicia, así, un nuevo impulso o

influjo nervioso que recorre toda la célula en la forma indicada en la figura adjunta:

Sinapsis múltiple

Las sustancias que intervienen en la transmisión del impulso en la sinapsis reciben

el nombre de mediadores o intermediarios químicos, y también, neurotransmisores:

producida la transmisión, los mediadores químicos desaparecen al ser destruidos por

otras sustancias químicas.

En síntesis: la función de la célula nerviosa es la de recibir, conducir y transmitir

la excitación provocada por un estímulo.