Introducción a la Biología Humana

Niveles de Organización

La materia viva se organiza en distintos grados de complejidad:

1. Nivel subatómico
2. Nivel atómico
3. Nivel celular
4. Tejido
5. Órgano
6. Sistema
7. Nivel aparato
8. Organismo

Homeostasis

La homeostasis es la capacidad del organismo para mantener una situación físico-química característica y constante dentro de ciertos límites, incluso ante alteraciones o cambios impuestos por el entorno o medio ambiente. Para ello, el cuerpo moviliza los diferentes sistemas, realizando una autorregulación, para mantener constantes las condiciones de vida en un ambiente ideal.

La Célula

La célula es la unidad básica estructural, funcional y genética más pequeña de los organismos vivos. Se divide en tres partes principales:

Membrana Celular o Plasmática

Estructura dinámica cuyos componentes se mueven, cambian y cumplen papeles fisiológicos vitales. Permite que las células interactúen con otras y con las moléculas de su entorno. Está formada por una bicapa de lípidos, proteínas intercaladas y glúcidos. Es semipermeable o de permeabilidad selectiva, controlando cualitativa y cuantitativamente la entrada y salida de sustancias.

Lípidos

Los lípidos, como las grasas y aceites, tienen funciones de reserva de energía y termorreguladoras. Controlan el paso de moléculas hacia el intracelular y extracelular, regulan las interacciones celulares y permiten conservar la integridad estructural de la célula. Existen diferentes tipos de lípidos: fosfolípidos, colesterol y glucolípidos.

Contenidos Líquidos Extracelular

Incluye el fluido intersticial, plasma sanguíneo/líquido intravascular y fluido transcelular (2,5%). Contiene agua, sodio, cloro, bicarbonato, potasio, calcio, magnesio, fosfato y ácidos orgánicos.

Contenidos de la Célula Eucariota

• Núcleo: ADN, nucléolo, nucleoplasma, membrana nuclear.
• Citoplasma: Citosol, citoesqueleto.
• Organelas: mitocondria, retículo endoplasmático liso y rugoso, ribosoma, centriolo, peroxisoma, lisosoma, aparato de Golgi.
• Membrana plasmática: fosfolípidos, glucolípidos, proteínas, colesterol.

Citoplasma

El citoplasma está constituido por:

Retículo Endoplasmático Rugoso (RER)

Grupo de cisternas aplanadas que se comunican por medio de tubos, presentando en su cara citosólica ribosomas que participan en la síntesis de proteínas que serán exportadas de la célula, incorporadas dentro de membranas o desplazadas hacia el interior del sistema de endomembranas.

Retículo Endoplasmático Liso (REL)

No presenta ribosomas. Participa en la síntesis de fosfolípidos y modifica las proteínas formadas en el RER.

Aparato de Golgi

Constituido por sacos membranosos aplanados. Empaqueta los materiales sintetizados por los anteriores sistemas de membranas, formándoles vesículas, para ser utilizadas por la célula o para ser exportadas. Sus funciones incluyen separar las proteínas y lípidos recibidos del retículo endoplasmático según su destino, modificar algunas moléculas y empaquetar los materiales sintetizados.

Organelas

• Mitocondrias: Estructuras cilíndricas rodeadas de membrana. Encargadas de proporcionar energía a la célula.
• Lisosomas: Rodeados por una membrana única y se originan a partir del aparato de Golgi. Contienen enzimas digestivas y degradan macromoléculas (proteínas, polisacáridos, ácidos nucleicos y lípidos).
• Peroxisomas: Contienen enzimas en su interior.
• Ribosomas: Formados por dos subunidades (mayor y menor).

Citoesqueleto

Red de filamentos proteicos que se extienden por el citosol. Ayuda a determinar la forma de una célula y a organizar su contenido. Está constituido por microfilamentos (proteína actina), filamentos intermedios (sostén estructural) y microtúbulos (determinan la forma).

Funciones Vitales

Las funciones vitales de los organismos vivos incluyen la nutrición, la reproducción y la relación con el entorno.

Autorregulación

La autorregulación busca que el organismo esté dentro de los parámetros fisiológicos para mantener el rango dentro del ambiente ideal para la vida. Si falla, no hay homeostasis.

Sistemas de Control

El sistema nervioso (impulsos nerviosos, acción rápida) y el sistema endocrino (hormonas, acción lenta) aseguran que todas las tareas que debe llevar a cabo nuestro cuerpo se hagan correctamente y en el tiempo preciso. Regulan todas las funciones y actúan en conjunto.

Sistema Endocrino

Controla los procesos progresivos y continuos (crecimiento y metabolismo, por ejemplo) a través de hormonas por medio de la sangre. Hay un solo lugar de comunicación entre el sistema nervioso y el endocrino: la hipófisis en la silla turca del cráneo.

Mecanismo de Funcionamiento

1. Estímulo inicial
2. Órgano receptor
3. Centro regulador de control/centro integrador
4. Órgano efector
5. Respuesta

Glándulas del Sistema Endocrino

Páncreas, hipófisis, hipotálamo, tiroides, paratiroides.

Principio de Retroalimentación Negativo (más usado)

Un estímulo alto (excesivo) produce una respuesta contraria al mismo nivel del estímulo.

Principio de Retroalimentación Positivo (menos usado)

Un estímulo alto (excesivo) produce una respuesta que sigue elevando al estímulo.

Organización de los Sistemas Biológicos

El agua es el único medio en donde se pueden dar las reacciones químicas en el organismo.

Componentes Inorgánicos

Carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y más elementos de la tabla periódica.

Componentes Orgánicos

Compuestos con carbono. Se dividen en cuatro grupos principales:

• Hidratos de carbono o carbohidratos
• Lípidos
• Proteínas
• Ácidos nucleicos

Hidratos de Carbono

• Monosacáridos: Una sola cadena de átomos. Ejemplos: glucosa, galactosa, fructosa.
• Disacáridos: Dos cadenas de átomos. Ejemplos: sacarosa, lactosa, maltosa.
• Polisacáridos: Más de dos cadenas de átomos. Ejemplo: glucógeno (se guarda en el hígado y músculos).

Función principal: producción de energía celular. También tienen funciones estructurales porque forman moléculas más grandes.

Proteínas

Constituyen el 25% del cuerpo humano. Tienen función estructural y plástica. Una proteína está compuesta por muchos aminoácidos que pueden ser esenciales (sintetizados por el organismo) o no esenciales (no pueden ser sintetizados sin ingerir alimentos). Son la segunda sustancia más abundante y tienen energía para la síntesis de material celular, la reparación de tejidos dañados, el transporte de sustancias, etc.

Glucógeno

Un monosacárido energético que se acumula en el hígado y en el músculo. Es una molécula de reserva altamente energética.

Ácidos Nucleicos

• ADN: Código elemental y genético.
• ARN: Transporte y síntesis de moléculas.

Equilibrio Homeostático

El equilibrio homeostático se refiere al balance entre el líquido intracelular y extracelular.

Membrana Plasmática

Separa el líquido intracelular del extracelular. Es selectiva y semipermeable, permitiendo el paso de algunos elementos y bloqueando el paso de otros. Está formada por bicapas de lípidos, proteínas intercaladas y glúcidos.

Transportes

• Activos: Demandan gasto de energía a la célula.
• Pasivos: No demandan gasto de energía a la célula.

Ósmosis

Transporte pasivo de agua; de un lado de mayor concentración a uno de menor (+ agua - solutos; - agua + solutos); a través de la bicapa de lípidos.

Difusión

Transporte pasivo de solutos; de un lado de mayor concentración a uno de menor (+ -> -); a través de la bicapa de lípidos (difusión simple con solutos pequeños) o a través de proteínas (difusión facilitada con solutos grandes).

Difusión Facilitada

De un lugar de mayor concentración a uno menor, sin gasto de energía, utilizando proteínas.

Tipos de Proteína en Membrana Plasmática

• Canal proteico
• Proteína transportadora

Transporte Activo

Usa energía celular; de un lugar de menor concentración a uno de mayor; usa proteínas bomba de sodio y potasio; buscan desequilibrio.

Transporte "Bomba"

Permite el ingreso o egreso de moléculas grandes. Implica la formación de vacuolas (movilizadas por el citoesqueleto). El ejemplo más común es la bomba de sodio y potasio, que permite la entrada de sodio y la salida de potasio.

Transportes en Masa

Se utilizan para el transporte de residuos celulares y moléculas grandes.

• Endocitosis: Fagocitosis (sólidos) y pinocitosis (líquidos). Son procesos activos que involucran a toda la membrana y transportan sustancias hacia adentro de la célula.
• Exocitosis: Transporte de sustancias hacia afuera de la célula.

Potenciales Bioeléctricos

La membrana celular (MC) mantiene una composición iónica del medio intracelular completamente distinta al extracelular, y también de diferentes cargas de un lado y del otro (iones y cationes). Esta diferencia en concentración y cargas electrónicas se mantiene por la presencia de bombas, transportadores y canales iónicos. La diferencia en la cantidad de carga eléctrica entre una región de carga positiva y una negativa se llama potencial eléctrico.

Metabolismo

El metabolismo es el conjunto de transformaciones químicas y físicas que realizan las células, en sustancias propias o incorporadas a través de los alimentos. Está regulado por el sistema endocrino (hormonas). Necesita energía para la síntesis de material celular, la reparación de tejidos dañados y el transporte de sustancias.

Objetivo: producir energía y sintetizar materia.

Enzimas

Las enzimas son proteínas que aceleran los procesos metabólicos. Catabolizan, arman o desarman los alimentos y sus nutrientes.

Anabolismo

Fabricación y almacenamiento; armado; reacciones endergónicas (guardan energía).

Catabolismo

Desintegración y deshecho; desarmado; reacciones exergónicas (liberan energía).

El anabolismo y el catabolismo son reacciones acopladas e integradas que se dan al mismo tiempo.

Energía

La energía es la capacidad de realizar trabajo. Es necesaria para el desarrollo de las funciones vitales y proviene de la degradación de los alimentos.

Pasos del Metabolismo

1. Ingreso y degradación de nutrientes en el intestino.
2. Preparación (hígado).
3. Uso (célula ATP).

ATP

El ATP (adenosín trifosfato) es la molécula de energía que proviene de los alimentos. Los enlaces entre los grupos fosfato están cargados de energía, y cuando se rompen, se libera esa energía.

Hígado

El hígado es la principal fuente metabólica. Almacena y distribuye nutrientes según la necesidad (mantiene la glucemia). Es capaz de almacenar y armar glucosa con otros elementos, transformar y degradar glucógeno en glucosa, y armar glucógeno con glucosa.

Unidades que Componen los Alimentos

• Carbohidratos, grasas y lípidos: Energía.
• Proteínas: Estructura.
• Vitaminas, agua y minerales: Estructura y regulación.

Sistema Porta Hepático

Comunica el sistema digestivo con el hígado.

Regulación de Glucosa en Sangre

El valor de la glucosa en sangre se llama glucemia. Su medición es parte del sistema endocrino. Cuando los parámetros no son homeostáticos, el páncreas responde vía hormonas.

Ejemplos

Glucemia Alta

1. Glucemia fuera de parámetros (alta).
2. Detección por hormonas.
3. Se le avisa al páncreas.
4. El páncreas produce y envía insulina al hígado.
5. La glucosa se transforma en glucógeno para almacenarse y se regula la situación.

Glucemia Baja

1. Glucemia fuera de parámetros (baja).
2. Detección por hormonas.
3. Se le avisa al páncreas.
4. El páncreas produce y envía glucagón al hígado.
5. El glucógeno se desarma en glucosa para ser utilizado y regular la situación.

Metabolismo Energético

• Carbohidratos: Glucosa.
• Lípidos: Ácidos grasos.
• Proteínas: Aminoácidos.

Glucólisis

Metabolismo de la glucosa (carbohidratos) para obtener materia y energía. La glucosa es catabolizada por enzimas y degradada por 10 pasos en el citoplasma.

1. Glucólisis anaeróbica: 2 moléculas de ácido pirúvico + 2 moléculas de ATP, ácido láctico. Se queda en el citoplasma.
2. Glucólisis aeróbica: + oxígeno = acetil CoA, dentro de la mitocondria, "ciclo de Krebs", NADH; "cadena respiratoria" en crestas mitocondriales; fosforilación oxidativa; ATP + agua + CO2.

Total: 36 ATP + 2 de glucólisis = 38 ATP (+ agua y carbohidratos)

Beta-oxidación

Metabolismo de la grasa para obtener materia y energía. El ácido graso se transforma en acetil CoA sin producir energía y usando oxígeno. (Igual a la segunda etapa de la glucólisis aeróbica). Se realiza en el tejido adiposo (almacena grasas y triglicéridos) y requiere trabajo aeróbico.

Total: 150 ATP

Sistema Nervioso y Sistema Endocrino

El sistema nervioso y el sistema endocrino son los dos principales sistemas de control del cuerpo humano. Están relacionados por la hipófisis y el hipotálamo.

• Sistema nervioso: Fibras nerviosas y neurotransmisores; acción rápida y a corto plazo.
• Sistema endocrino: Glándulas endocrinas; acción lenta y a largo plazo. No tiene continuidad anatómica; órganos separados.

Glándulas

Una glándula es un órgano que sintetiza sustancias para luego secretar otras distintas.

• Glándulas endocrinas: Sintetizan hormonas vertidas a la sangre (ej: gónadas, hipófisis, etc.).
• Glándulas exocrinas: No pertenecen al sistema endocrino, vierten sus sustancias hacia el exterior del sistema circulatorio (ej: glándulas salivales).
• Glándulas mixtas: Son endocrinas y exocrinas (ej: páncreas e hígado).

Hormonas

Una hormona es una sustancia química que se sintetiza en una glándula de secreción interna o glándula endocrina y que es vertida al torrente sanguíneo para regular el crecimiento o la actividad de las células de otra parte del cuerpo, distinta de aquella en que se produjeron. Actúan como mensajeros químicos sobre células y órganos específicos denominados órganos o células diana.

Todas las funciones del ser humano están controladas y coordinadas por dos grandes sistemas, el nervioso y el endocrino.