Libro De Apuntes PSU Biología Electiva CPECH (OliverClases)

OLIVERCLASES “ASESORÍAS EDUCACIONALES”

Apuntes PSU Biología Electiva CPECH “Material Recopilado De Biblioteca Virtual Cpech”

2012

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Oliver Rodrigo Henríquez Aracena OliverClases “Asesorías Educacionales”

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Capítulos Capitulo I. Adaptación Biología Capitulo II. Adaptación A Nivel Celular Capitulo III. Evolución Orgánica Capitulo IV. Código Genético Y Síntesis De Proteínas Capitulo V. Organización Del Sistema Nervioso Capitulo VI. Impulso Nervioso Y Sinapsis Capitulo VII. Sistema Inmune Capitulo VIII. Alteraciones Inmunitarias Capitulo IX. Fisiología De La Contracción Muscular Capitulo X. Homeostasis Capitulo XI. Especiación Capitulo XII. Receptores Capitulo XIII. Población Y Comunidad Capitulo XIV. Influencia Humana En El Ecosistema Capitulo XV. ADN Como Material Genético

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www.oliverclases.forochile.org Importante

Este libro de recopilación de apuntes para la preparación de la PSU fue posible de confeccionar gracias al material provisto por la red y el cual pertenece en su totalidad al preuniversitario Cpech, específicamente este material corresponde a la biblioteca virtual que se proporciona para los estudiantes del preuniversitario, el fin de esta recopilación no es mas que ordenar las materias en una sola parte y poder con ello ayudar a los estudiantes a preparar de una mejor manera la PSU, cabe señalar que esto se hace sin fines de lucro y solo con la intención de que este material sirva de apoyo tanto para estudiantes como profesores que así lo estimen convenientes.

Si andas en busca de libros para estudiar para la PSU, te aconsejo comprar siempre en tu librería más cercana aquellos que mas te sean útiles y económicos, recomendando por ejemplo los manuales de preparación PSU de Ediciones SM o los Cuadernos de Ejercicios De La Pontificia Universidad Católica, entre otros.

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www.oliverclases.forochile.org Capitulo I. Adaptación Biológica 1. Adaptación biológica Una adaptación biológica es una estructura anatómica, un proceso fisiológico o un rasgo del comportamiento de un organismo que ha evolucionado durante un período de tiempo mediante selección natural de manera tal que incrementa sus expectativas a largo plazo para reproducirse con éxito. El término adaptación también se utiliza ocasionalmente como sinónimo de selección natural, aunque la mayoría de los biólogos no está de acuerdo con este uso. Selección natural El concepto fue introducido por Charles Darwin a través de su teoría de selección natural, que describe el desarrollo de las especies como producto de la interacción con el entorno ecológico. Como resultado de esta interacción, tienden a persistir los patrones genéticos que proporcionan a los individuos las características más adecuadas para la supervivencia en el medio ambiente en el cual habitan. Las adaptaciones son mecanismos mediante los cuales los organismos hacen frente a las tensiones y presiones de su medio ambiente. Los organismos que se adaptan a su ambiente son capaces de: - obtener aire, agua, comida y nutrientes. - hacer frente a las condiciones físicas como la temperatura y la luz. - defenderse de sus enemigos naturales y predadores. - reproducirse - responder a los cambios en su entorno - seguir transmitiendo la característica adquirida a sus progenitores para que la adaptación sea cada vez más constante. Tipos de Adaptación Hay 3 tipos de adaptación al medio: Morfológica o estructural Como la sustitución de hojas por espinas en los cactus para evitar la pérdida de agua.

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Fisiológica o funcional Como las glándulas de sal en las iguanas marinas para eliminar el exceso de sal en su cuerpo.

Etológica o de comportamiento Como la danza de cortejo de muchas aves, para atraer a la hembra y reproducirse.

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www.oliverclases.forochile.org 2. El camuflaje Es la adopción evolutiva por parte de un organismo de un aspecto parecido al medio que le rodea con el fin de pasar desapercibido para los posibles depredadores. Ejemplos: - Insecto hojas - Algunas Mantis Religiosas - Mariposas Diurnas

La mariposa que se muestra en la imagen superior corresponde a Kalima inachus. Cuando esta mariposa ha llegado imitar la forma y aspecto de una hoja real, la evolución puede ir más allá, y algunos depredadores inteligentes acabarán por distinguirla de las hojas reales porque éstas no son tan perfectas, tienen roturas, manchas, hongos, etc. Para evitar eso, no sólo ha añadido estos "defectos" sino que lo hace manteniendo un alto nivel de variabilidad, lo que impide la detección del insectívoro más observador.

Mostrar los falsos ojos -los grandes ocelos alares- es un medio defensivo gracias al cual la mariposa se hace pasar por un animal mucho mayor. En el mismo sentido, el satúrnido Attacus atlas, que vive en las selvas del Asia meridional, presenta en el ápice de las alas superiores un diseño peculiar que simula la cabeza de una serpiente.

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3. La velocidad Es el fenómeno morfológico y funcional que beneficia a los depredadores para perseguir a su presa. Ejemplos: - El leopardo - El tigre - El león

4. Secreción de Sustancias Fenómeno morfológico que le sirve a los depredadores para envenenar a sus victimas para evitar que se escapen. Ejemplos: - La cobra - La serpiente - Sapo venenoso del Amazonas El veneno de las cobras, una neurotoxina, tiene un efecto devastador sobre el sistema nervioso. Con todo, gracias a la mayor disponibilidad de un antídoto eficaz, la elevada tasa de mortalidad debida a su potente veneno ha disminuido en algunas zonas de Asia.

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Detrás de sus ojos, las especies del género Bufo tienen unas estructuras parecidas a una verruga, que son las glándulas parotoides. Segregan una sustancia blanca, grasosa y venenosa que actúa como elemento disuasorio ante los predadores. El manejo ordinario de los sapos no es peligroso (y, contra una creencia popular, no origina la aparición de verrugas). El veneno de la mayoría, si no es que de todos los sapos, contiene bufotoxina; el veneno del Sapo del desierto de Sonora, Bufo alvarius, es un potente alucinógeno que contiene 5-MeODMT y bufotenina. Se dice que los efectos psicoactivos del veneno ya eran conocidos por los nativos americanos precolombinos.

Este camello no almacena más agua que cualquier otra especie animal, sin embargo no necesita beber agua durante días. Puede soportar una deshidratación extrema como resultado de una serie de diferentes adaptaciones fisiológicas. Se sabe que los camellos pueden perder sin riesgo agua corporal hasta el 40% del peso de su cuerpo, una pérdida que sería letal para cualquier otro animal. ¿Como consiguen esto? - El volumen de plasma se mantiene a expensa de fluido de tejido, para no impedir la circulación. - El pequeño eritrocito ovalado del camello puede seguir circulando en situaciones de aumento de la viscosidad de la sangre.

- Los camellos pueden absorber una cantidad de agua muy grande de una vez para prevenir futuras pérdidas de líquido. En otros animales esto resultaría en problemas osmóticos severos. Los camellos pueden hacer esto porque el agua es absorbida de forma muy lenta

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www.oliverclases.forochile.org por su estómago e intestinos, dejando tiempo para equilibrarse. Además sus eritrocitos pueden hincharse hasta el 240% de su tamaño normal sin romperse. (Otros animales sólo pueden ir hasta el 150%). - Sus riñones son capaces de concentrar considerablemente su orina para evitar perdida de agua. La orina puede espesarse como jarabe y llegar a contener el doble de sal que el agua del mar. - Los camellos pueden extraer agua de sus heces hasta tal punto que pueden ser utilizados como combustible. - Una adaptación añadida sólo para el calor es la gran fluctuación de la temperatura corporal del camello. Durante el día, su cuerpo actúa como un contenedor de calor, y durante la noche fresca del desierto, el exceso de temperatura corporal se disipe por conducción. Hasta el momento el énfasis ha sido puesto en los animales. Sin embargo, las plantas han sido capaces de adaptarse a situaciones climáticas extremas, especialmente en lo que se refiere a la escasez de agua. - Las plantas sufren una serie de adaptaciones para mejorar la absorción de agua: Desarrollo de un sistema radicular superficial muy extenso que funciona como una esponja y permite absorber hasta 1,25 cm de agua, con una fuerza de succión en algunos casos de 140 atmósferas.

Cuerpo cubierto de espinas, que se cree que además de tener funciones de protección, pueden desempeñar un papel muy importante en la recolección de agua, pues se cree que funcionan como condensadores de la humedad atmosférica, lo cual explicaría la sobrevivencia de estas plantas en desiertos que han sufrido períodos de sequía por varios años.

- Una adaptación que permite retener el agua es la presencia de raíces y tallos adaptados a almacenar agua por el gran desarrollo de elementos parenquimatosos y la elaboración de mucílagos o compuestos higroscópicos.

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Entre las adaptaciones orientadas a impedir la pérdida de agua están: - Adopción de formas especiales: globosas, cilíndricas, prismáticas y esféricas. - Ramificación escasa con tendencia a reducción del tamaño de la hoja. -

Modificaciones en las células y apertura (modificando también el tipo de fotosíntesis).

de

los

estomas

en

la

noche

La flexibilidad corporal que tienen algunos cactos cuyos tallos acanalados permiten soportar expansiones o contracciones similares a las de un acordeón durante los períodos húmedos y secos respectivamente, en tiempos de sequía extrema, permite que las plantas suculentas pueden perder gran cantidad de agua almacenada (hasta un 60%) sin que se causen daños irreversibles. Todas las adaptaciones mencionadas han contribuido que estas plantas colonicen con éxito los desiertos. Existe gran cantidad de familias de plantas que presentan algunas de estas adaptaciones, pero la más generalizada, es la de poseer tejidos carnosos o suculentos, llenos de agua, de allí el nombre de plantas suculentas. Aunque parezca una contradicción, estas plantas viven llenas de agua, en lugares en donde hay escasez de ella.

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www.oliverclases.forochile.org Capitulo II. Adaptación A Nivel Celular 1. Adaptación a nivel celular El concepto de adaptación en Biología tiene estrecha relación con el principio de estructura y función. Esto quiere decir que una estructura tiene una determinada organización por la función que va a desarrollar. Por ejemplo, el cuerpo de los peces tiene una forma hidrodinámica que les permite desplazarse con menos resistencia por el agua. Estas mismas condiciones se cumplen a nivel celular. En algunas oportunidades, esto se demuestra por los procesos de homeostasis que desarrolla una célula que puede ser a corto o largo plazo. Por ejemplo, cuando una célula es capaz de regular las condiciones de acidez del medio está experimentando un proceso de adaptación. En otro ámbito, la adaptación puede significar el desarrollo de estructuras especializadas en una función particular. Por ejemplo, los cilios son estructuras especializadas de las células eucariontes que determinan la capacidad de movimiento de algunas células. Estos cilios se encuentran en organismos unicelulares donde significan una capacidad de movimiento del organismo completo. Así también, se encuentran en las células que tapizan el sistema respiratorio y, en este caso, son útiles en la movilización de partículas extrañas al sistema respiratorio. Por lo tanto, es importante comprender el concepto de adaptación en el contexto en que se encuentra cada célula. Las estructuras que permiten a una célula adaptarse a su medio pueden estar en distintos niveles, algunos de los cuales vamos a revisar a continuación. Dentro de los niveles o estructuras que participan activamente en la adaptación de las células está el citoesqueleto. El citoesqueleto corresponde a un conjunto de filamentos proteicos que participan en diferentes fenómenos celulares, tales como:     

Mantención de la forma celular. Movimiento celular. Corrientes citoplasmáticas (ciclosis). Contracción muscular. División celular (movilización del material genético y citodiéresis).

En este caso, podemos apreciar perfectamente el hecho de que una misma estructura es capaz de participar en distintas funciones de acuerdo con la necesidad de cada célula (adaptación). Los componentes del citoesqueleto son:   

Microfilamentos de actina. Filamentos intermedios. Microtúbulos.

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www.oliverclases.forochile.org La clasificación que se hace de estos elementos es de acuerdo con el diámetro que presentan. Los microfilamentos de actina tienen un diámetro promedio de 6 nm (nanómetros); los filamentos intermedios, entre 8 y 10 nm; y los microtúbulos, 24 nm. Los microfilamentos de actina están formados por dos cadenas en espiral de monómeros globulares de actina G (globular), las cuales se unen para formar la actina F (filamento). Son muy abundantes en el músculo. También se encuentran, aunque en menor cantidad, en el citoplasma de todas las células, constituyendo entre un 5 y 30% de las proteínas totales del citoplasma.

Los filamentos de actina participan de la contracción muscular, de los movimientos celulares y de la citodiéresis, disponiéndose como un anillo alrededor del ecuador de la célula, de tal forma que se produce la estrangulación del citoplasma luego de la mitosis.

Los filamentos intermedios son eminentemente elementos estructurales y no tienen participación directa en la contracción ni en los movimientos. Cuando una célula es rota, los filamentos intermedios permanecen intactos en un 99%, sin embargo, los elementos de los microfilamentos y de los microtúbulos se solubilizan. Los filamentos intermedios son abundantes en células que están sometidas a roce, como las de la epidermis, donde se unen a elementos de las membranas como lo son los desmosomas, que unen las células unas a otras. Las células que sufren divisiones celulares continuamente están desprovistas de filamentos intermedios. Los filamentos intermedios están formados por proteínas fibrosas, a diferencia de los microtúbulos y microfilamentos, que están formados por proteínas globulares.

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www.oliverclases.forochile.org Un tipo particular de filamento intermedio es el neurofilamento, presente en el soma, dendritas y axones de las neuronas, especialmente abundante en los axones. En esta célula queda de manifiesto el rol estructural que cumplen los filamentos intermedios.

Los microtúbulos corresponden a cilindros huecos muy delgados y largos, de 24 nm de diámetro. Cada microtúbulo está formado por la asociación de dímeros proteicos que se organizan en forma de hélice. Los dímeros están formados por dos cadenas polipeptídicas de estructuras semejantes, pero no iguales, llamadas tubulinas alfa y beta, que forman un dímero.

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www.oliverclases.forochile.org Los microtúbulos se encuentran en el citoplasma de todas las células. Participan en la organización y movimiento de cilios y flagelos, transporte intracelular de partículas, desplazamiento de los cromosomas en la mitosis, establecimiento y mantención de la forma celular.

Otro nivel importante de adaptaciones se produce a nivel de la membrana celular. Las células que están en contacto estrecho entre sí suelen desarrollar uniones intercelulares especializadas, en las que participan las membranas plasmáticas y otros componentes celulares. Estas estructuras permiten que las células adyacentes formen conexiones estrechas unas con otras, impidan el paso de materiales o establezcan comunicación rápida entre ellas. En los animales, existen tres tipos comunes de estos contactos intercelulares:   

Desmosomas. Uniones estrechas. Uniones en hendidura.

Las células vegetales están conectadas a través de plasmodesmos. Los desmosomas son puntos de fijación entre algunos tipos de células animales, representando una especie de “soldadura” entre ellas. Las células epiteliales adyacentes, como las de la capa superior de la piel, están unidas tan estrechamente una con otra que se requiere fuerza mecánica considerable para separarlas. Esta unión se logra a través de desmosomas. Los desmosomas ayudan a resistir fuerzas de deslizamiento.

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Las uniones estrechas sellan los espacios intercelulares que hay entre algunos tipos de células animales. Se consideran como áreas de conexiones íntimas entre las membranas de células adyacentes, a tal punto que no queda espacio entre las células y no es posible el paso de sustancias entre ellas. Las células conectadas por uniones estrechas sellan cavidades corporales. Por ejemplo, las uniones de este tipo entre las células que revisten el intestino impiden que las sustancias contenidas en este órgano pasen al interior del cuerpo o al torrente sanguíneo rodeando las células. Así, la lámina de células actúa como una barrera selectiva. Las sustancias alimenticias que el cuerpo requiere deben ser transportadas a través de las membranas plasmáticas de las células intestinales antes de pasar a la sangre. Esto ayuda a impedir que toxinas y otros materiales indeseables lleguen a la sangre misma.

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www.oliverclases.forochile.org Otro tipo de conexión intercelular en células animales es la unión en hendidura o nexus. Son semejantes a los desmosomas en cuanto a que une células separadas por un espacio. Estas uniones no sólo conectan membranas, sino que también actúan como poros que comunican los citoplasmas de células adyacentes, a través de los cuales pueden circular moléculas inorgánicas pequeñas como iones o algunas orgánicas como el ATP.

2. Evidencias del ADN como material genético Por mucho tiempo se desconoció la existencia del ADN como material genético. Es más, se postulaba a las proteínas como las moléculas responsables de transmitir la información de una generación a otra. Existieron en la historia de la Biología algunas experiencias fundamentales para resolver la incógnita antes planteada. Uno de los primeros aportes los entregó Robert Feulgen, un químico alemán que desarrolló una tinción específica para ácidos nucleicos. Este reactivo produce una tinción que es proporcional a la cantidad de ácido nucleico que se encuentra en la célula. Al aplicar este reactivo a las células se encontró que las que pertenecían a la misma especie presentaban la misma tinción, o sea, la cantidad de ADN era constante. En el caso de aplicarla a células de distintas especies la coloración es diferente. Es decir, la cantidad es distinta entre especies diferentes. Esto constituyó una primera idea respecto a la naturaleza del material genético, aunque en esta época era fuerte la idea de que las proteínas constituían este material. A continuación se revisarán algunas de las experiencias más importantes que permitieron resolver el problema anterior.

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www.oliverclases.forochile.org Experimento de Frederick Griffith. Este biólogo, en 1928, trabajó con la bacteria Pneumococco pneumoniae y con ratones. La bacteria es la responsable de la neumonía, que es una infección mortal en algunos casos. La bacteria presenta dos cepas: una cuya apariencia superficial es rugosa (R), y otra cuya apariencia superficial es lisa (S). La cápsula que envuelve a la bacteria es una estructura que la protege contra la acción del sistema inmune. Griffith observó que cuando una mezcla de células de la cepa lisa (S) muertas por calor y células de la cepa rugosa (R) vivas se inyectaba en ratones, una elevada proporción de éstos morían. Posteriormente, Griffith pudo aislar bacterias de la cepa lisa vivas a partir de los ratones muertos.

Como ni la cepa S muerta por calor ni la cepa R viva podían convertirse por sí mismas en la forma virulenta viva cuando se inyectaban, algo en las células muertas por calor parecía convertir a las células avirulentas a la forma letal. Se pensó que este fenómeno, llamado transformación, era causado por alguna sustancia química presente en las bacterias muertas, la cual “transformaba” una cepa relacionada en una nueva forma genéticamente estable. En 1944, O. T. Avery, C. M. MacLeod y M. McCarty identificaron químicamente como ADN el principio transformante de Griffith. Aunque en la actualidad se considera que el

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www.oliverclases.forochile.org descubrimiento de estos científicos constituye la primera demostración de que el ADN es el material genético, no todos los científicos de ese tiempo quedaron convencidos. El argumento consistía en que algunas de las preparaciones quedaron contaminadas con proteínas, y pudieron ser la causa de los resultados. Fueron necesarias nuevas experiencias para demostrar que el ADN era el material genético. En 1952, Alfred Hershey y Martha Chase llevaron a cabo una serie de experimentos a partir de la reproducción de bacteriófagos, que son virus que infectan bacterias. El experimento desarrollado por ambos se basó en el conocimiento de la química de las proteínas y del ADN que se tenía en ese tiempo. Así, se conocía el hecho de que las proteínas contenían azufre (S) en su composición, el cual no se presentaba en el ADN. Por su parte, el ADN contenía fósforo (P) que no formaba parte de los elementos constituyentes de las proteínas. De esta forma existían dos elementos que podían diferenciar a estas dos sustancias. Por otra parte, la estructura del bacteriófago consiste en una cápsula de carácter proteico que en su interior contiene ADN. El ciclo de infección del bacteriófago consiste en la adhesión del virus sobre la bacteria para posteriormente inyectar el ADN hacia el citoplasma de la bacteria. Con estos datos dispusieron de dos isótopos radiactivos, el S35 y el P32, que marcaban proteínas y ADN respectivamente. A continuación permitieron la infección de las bacterias por parte de los bacteriófagos. Cuando finalmente analizaron la descendencia del bacteriófago, encontraron que la descendencia presentaba solamente la marca del P32. Esta experiencia es considerada como una de las evidencias más importantes para determinar el papel del ADN como material genético. Puedes encontrar más información con respecto a esta experiencia en tu libro CEPECH electivo. La próxima clase estudiaremos el modelo que explica la estructura del ADN.

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www.oliverclases.forochile.org Capitulo III. Evolución Orgánica 1. Teorías Evolutivas Historia del pensamiento evolucionista Es bien sabido que Charles Darwin fue el fundador de la teoría moderna de la evolución. Aunque no fue el primero en proponer que los organismos evolucionan o cambian a lo largo del tiempo, sí fue el primero en acumular una cantidad importante de evidencia en apoyo a esto y en proponer un mecanismo válido por el cual podría ocurrir la evolución. Antes de Darwin, el origen de las especies se consideraba un misterio. Por ello casi todos los pueblos del mundo se inclinaron hacia la hipótesis del creacionismo o fixismo, la cual postulaba que todas las formas vivas existentes habían sido creadas por un ser superior en un momento particular y, desde ese tiempo, habrían permanecido hasta hoy, fijas, sin alteración. Incluso creían que la mayoría de los organismos habían sido creados para el servicio o el placer de la humanidad. Sin embargo, a lo largo de la historia, los científicos han buscado causas naturales, más que sobrenaturales, para explicar los acontecimientos de la naturaleza Uno de los primeros científicos en proponer un mecanismo válido para la evolución fue el biólogo Francés Jean Baptiste Lamarck, quien propuso, en 1809, que los organismos evolucionan a lo largo del tiempo, dando lugar a la variedad de seres vivos existentes. A Lamarck lo impresionó la progresión de formas en el registro fósil. Los fósiles más antiguos solían ser más sencillos, mientras los más recientes eran más complejos y se parecían más a los organismos recientes. Lamarck interpretó estas evidencias como si las formas más complejas hubieran surgido de las formas más simples por una suerte de progresión. De acuerdo con su teoría, esta progresión o evolución depende de dos fuerzas principales. La primera es la herencia de los caracteres adquiridos, en ella los seres vivos pueden modificar su cuerpo por medio del uso o el desuso de sus partes. Estas modificaciones podían ser heredadas por la descendencia. Su ejemplo más famoso fue la evolución de la jirafa. De acuerdo con Lamarck, la jirafa moderna evolucionó de antecesores que estiraron sus cuellos para alcanzar las hojas de las ramas más altas. Estos antecesores transmitieron los cuellos más largos, adquiridos por estiramiento, a su progenie, que a su vez estiró aún más sus cuellos y así sucesivamente.

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www.oliverclases.forochile.org La segunda fuerza en el concepto de evolución de Lamarck fue un principio creador universal, un esfuerzo inconsciente y ascendente, que impulsaba a cada criatura viva hacia un grado de complejidad mayor. Teorías evolutivas La teoría de la evolución de Darwin Wallace nos dice que los individuos de una población no son genéticamente idénticos, sino que existen pequeñas variaciones que permiten que, frente a drásticos cambios ambientales, algunos individuos sean más “aptos” que otros para enfrentar la lucha por la existencia. Por consiguiente, estos individuos, que presentan rasgos favorables, serán capaces de generar descendencia, portando las características que los hacen más aptos para la supervivencia. La repetición de este proceso de variabilidad y selección, a lo largo del tiempo, explicaría cómo surgen las especies. Sin embargo, algunos detractores consideraban que la selección natural reduce la variabilidad, pero no puede explicar cómo surgen las diferencias entre los individuos de una población. Por lo tanto, la teoría de la evolución explica cómo evoluciona una especie, pero no cómo surgen los cambios que permiten esta evolución. La teoría evolutiva o darwinismo se concreta en los siguientes postulados: 1. Las formas de vida no son estáticas, sino que evolucionan; las especies cambian continuamente, unas se originan y otros se extinguen. 2. El proceso de la evolución es gradual, lento y continuo, sin saltos discontinuos o cambios súbitos. 3. Los organismos parecidos se hallan emparentados y descienden de un antepasado común. Todos los organismos vivientes pueden remontarse a un origen único de la vida. 4. La selección natural es la llave, en dos fases, que explica todo el sistema. - La primera fase es la producción modificaciones espontáneas en los individuos.

de

variabilidad:

la

generación

de

- La segunda fase es la selección a través de la supervivencia en la lucha por la vida: los individuos mejor dotados, los que han nacido con modificaciones espontáneas favorables para hacer frente al medioambiente van a tener más posibilidades de sobrevivir, de reproducirse y de dejar descendencia con estas ventajas. Las cinco evidencias de la evolución según Darwin: 1) La primera evidencia se relaciona con la paleontología, que es la ciencia que estudia los fósiles de las especies animales y vegetales desaparecidas. 2) La segunda evidencia se relaciona con la biogeografía, ciencia que estudia la distribución geográfica de los seres vivos.

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www.oliverclases.forochile.org 3) La tercera tiene que ver con la taxonomía, ciencia que se ocupa de la clasificación de los seres vivos. 4) La cuarta prueba tiene que ver con la morfología de los animales. La morfología es la parte de la biología que estudia la forma de los seres orgánicos. 5) Por último, la quinta prueba tiene que ver con la embriología, ciencia que estudia la formación y desarrollo de los embriones. 2. Evidencias del proceso evolutivo El registro fósil El término fósil proviene de un término del latín que significa “que ha sido excavado” y constituyen la prueba documental de la transformación de la Tierra y, por lo tanto, de la evolución de la vida en ella. El registro fósil nos proporciona una historia del pasado que demuestra un cambio evolutivo a lo largo de 4000 millones de años. El registro puede contener zonas oscuras y eslabones perdidos, pero la evidencia fósil claramente demuestra que la vida es muy antigua y ha cambiado a lo largo del tiempo. Hay numerosos ejemplos de formas de transición (organismos que son estados intermedios entre una forma ancestral y su descendiente) en el registro fósil que proporcionan las evidencias más claras de que hay un cambio a lo largo del tiempo. Hay fósiles que sufren un proceso de petrificación, donde en lugar de ocurrir la descomposición se produce un depósito mineral (calcita). Éste es el caso de Amonites.

Existen organismos en que su esqueleto queda incluido dentro del estrato rocoso.

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El fósil que se muestra en este caso es producto de la secreción de resinas por parte de árboles (coníferas) y que atrapan a una serie de insectos para formar lo que se conoce como ámbar.

Evidencias biogeográficas La distribución geográfica de los seres vivos nos demuestra una progresiva diversificación adaptativa que les ha permitido colonizar nuevos ambientes. Es decir, las especies se originan en áreas concretas a partir de la cual se dispersan colonizando nuevos ambientes, dando lugar a un proceso de especiación que genera un mayor número de especies. El caso de los pinzones de las islas Galápagos es característico. Actualmente existen trece especies diferentes (hay quienes plantean que son catorce). Se plantea que estas especies provienen de una continental que se encuentra en las costas del Océano Pacífico en América del Sur, Volatinia jacarina. Estas aves tuvieron que adaptarse a las condiciones de las distintas islas, lo cual se refleja en la especialización de sus picos. Los pinzones vegetarianos y el terrestre tienen picos fuertes como para romper semillas, el de cactus y el carpintero tienen picos alargados y los arbóreos tienen picos en agarradera.

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www.oliverclases.forochile.org Debido a la constante competencia por el alimento y el espacio para vivir, cada grupo de organismos tiende a diseminarse y ocupar el mayor número posible de hábitat. Este proceso se llama radiación adaptativa, que se conoce también como evolución divergente. El fenómeno opuesto es la evolución convergente, donde grupos poco relacionados, al adaptarse a un ambiente similar adquieren características más o menos similares. Taxonomía y Sistemática La Taxonomía es una disciplina científica que se preocupa de la clasificación de los seres vivos, basándose en un sistema jerárquico de grupos y ordenados según sus semejanzas. El actual sistema se basa en el propuesto en 1735 por Carlos Linneo: los seres vivos se agrupan en categorías taxonómicas: las especies se incluyen en géneros, varios géneros conforman la familia, las familias se agrupan en órdenes y las ordenes en clases. La siguiente categoría para animales y protistas es el phylum y para plantas y hongos la división; el último nivel taxonómico es el reino. La taxonomía ha contribuido a establecer relaciones de parentesco en los distintos grupos, de acuerdo con las características morfológicas, fisiológicas y genéticas que comparten. El estudio de las relaciones evolutivas entre los organismos, o filogenia, está a cargo de la sistemática. Los aportes que ha dado esta disciplina han logrado construir árboles filogenéticos, en los que se observa la historia evolutiva de los seres vivos desde el origen de los reinos y de sus principales divisiones, hasta las especies que conocemos en la actualidad. La clasificación de los organismos puede basarse en ancestros comunes. Si todos los subgrupos de un nivel taxonómico tienen un mismo ancestro, se denominan monofiléticos; si por el contrario, provienen de varias líneas evolutivas, se llaman polifiléticos. Las primeras diversificaciones evolutivas (hace especies, de las cuales se diversificaron aun extinguieron y fueron sustituidos por otros que grupos taxonómicos extinguidos presentaban negativamente por el ambiente.

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550 millones de años) produjeron muchas más, pero otros grupos taxonómicos se emergieron de otras ramas evolutivas, los características que fueron seleccionadas




Evidencias morfológicas La teoría evolutiva predice que los organismos emparentados comparten similitudes que son heredadas de un ancestro común. Estas características similares se conocen como homologías. Las homologías se descubren al comparar las diferentes anatomías de los seres vivos, mirando las diferencias y similitudes celulares, estudiando el desarrollo embrionario o estudiando las estructuras vestigiales dentro de los organismos. Por ejemplo, anfibios, reptiles, aves y mamíferos tienen, aparentemente, extremidades muy diferentes que reflejan sus diferentes estilos de vida. Pero todos ellos comparten el mismo conjunto de huesos: el húmero, radio y ulna. Estos huesos son los mismos que los observados en el fósil de un animal de transición ya extinto, el Eusthenopteron, lo que evidencia el origen común de todos ellos.

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En esta línea existe también la denominación de órganos análogos, que son aquellos que realizan una misma función, pese a que tienen estructuras diferentes. El ejemplo clásico en esta línea son las alas de un insecto y las alas de un ave. Para ambos casos, las alas sirven para volar, pero la organización de cada una es distinta. De hecho, según la evolución estos animales provienen de antepasados muy distintos, además de ser especies diferentes. La similitud surge del hecho de que ambos se han adaptado al vuelo. Éste es un caso de evolución convergente. Evidencias embriológicas Las primeras etapas del desarrollo embrionario de muchos organismos muestran grandes similitudes, lo que constituye otro argumento a favor de la existencia de antepasados comunes. Estas evidencias están relacionadas con pruebas anatómicas. El estudio de los embriones de los vertebrados entrega una visión del desarrollo evolutivo de los grupos de animales, ya que las primeras fases de este desarrollo son iguales para los vertebrados, siendo imposible diferenciarlos entre sí. Sólo al avanzar el desarrollo del embrión aparecen las características propias de cada especie que permiten diferenciarlos. El biólogo Ernst Haeckel resumió esta situación diciendo que “la ontogenia resume la filogenia”. La ontogenia se refiere al desarrollo del individuo, especialmente al período embrionario. La filogenia se refiere al origen y desarrollo evolutivo de las especies.

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Biología molecular y evolución Una de las pruebas que han aportado las nuevas ciencias son las correspondientes a las semejanzas bioquímicas. Se pueden mencionar muchos ejemplos de proteínas, como la hemoglobina o los citocromos, con los que se trazan árboles genealógicos entre especies, y entre individuos de una especie, comparando proteínas que desempeñen la misma función. También se pueden comparar, con mayor fiabilidad, los mensajes que codifican a estas proteínas, es decir, sus genes. Sin ir más lejos, cuando ocurren epidemias bacterianas o víricas, se recurre a estudios de este tipo para conocer la filogenia que relaciona las diferentes cepas infectivas y conocer cuál ha sido la primera cepa y dónde ocurrió la primera infección. Al comparar estas moléculas que aparecen en todos los seres vivos, van a ser más parecidas en la medida que menores sean las diferencias evolutivas.

El lenguaje del ADN es el mismo en todas las especies, lo cual indica un origen común. En la imagen anterior se compara una secuencia de nucleótidos de cada uno de los cinco grupos de primates.

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www.oliverclases.forochile.org Se ha encontrado que entre la hemoglobina de chimpancé y humano existen 12 aminoácidos de diferencia. Por ello, al realizar una prueba de aglutinación el mayor porcentaje de aglutinación es con el chimpancé. Con los animales que tenemos más distancia evolutiva, el porcentaje de aglutinación es menor (menor similitud proteica).

3. Selección Natural De acuerdo al relato de Darwin, el concepto de selección natural se le ocurrió al leer al economista Malthus, quien en 1798 afirmó que gran parte del sufrimiento humano era consecuencia ineludible del potencial de la población humana de crecer más rápido que sus recursos y alimentos. Para Darwin fue evidente que este concepto se aplicaba a todas las especies y dedujo que, cuando los recursos son limitados, la producción de más individuos que los que el medio puede sostener llevará a la lucha por la existencia. De esta lucha solo un porcentaje sobrevivirá y originará nueva descendencia. No todos los miembros de una población tienen necesariamente las mismas probabilidades de sobrevivir y reproducirse (debido a la competencia por los recursos y las parejas). En virtud de pequeñas variaciones genéticas, algunos individuos se adaptan mejor a su medioambiente que otros. Los mejor adaptados son los "que dan la talla" y tienden a sobrevivir y reproducirse en mayor grado, transfiriendo sus adaptaciones a la próxima generación con una frecuencia superior al de aquellos miembros de la población que "no dan la talla". "Dar la talla" es una medida de la habilidad individual para sobrevivir y reproducirse. Aquellos que "encajan" se reproducen mejor y sobreviven más. Por lo tanto, ellos realizan una mayor contribución al conjunto (pool) genético de la siguiente generación. Este proceso de "supervivencia de los más favorecidos" fue llamado por Darwin selección natural.

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www.oliverclases.forochile.org La selección natural por supervivencia y reproducción diferencial lleva inevitablemente en el tiempo a un cambio de la frecuencia de los alelos favorables en aquellos individuos, que por ser los mejores, encajan en su ambiente y sobreviven dejando más descendientes. En términos de genética de poblaciones, la selección natural se define ahora más rigurosamente como la tasa de reproducción diferencial de distintos genotipos en una población. Tipos de selección Selección estabilizadora La selección estabilizadora favorece los fenotipos intermedios dentro de un rango. Los extremos de las variaciones son seleccionados en contra. Los niños que pesan significativamente menos o más de 3,4 Kg. tienen porcentajes más altos de mortalidad infantil. La selección trabaja contra ambos extremos.

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www.oliverclases.forochile.org Selección Direccional

La selección direccional tiende a favorecer, a lo largo del tiempo, a fenotipos en un extremo de un rango de variación (es decir escasos). Ejemplos: - La resistencia a los insecticidas es un ejemplo. El DDT fue un insecticida ampliamente usado. Luego de unos años de uso intensivo, el DDT perdió su efectividad sobre los insectos. La resistencia al DDT es un carácter genético (raro en un comienzo) que se convierte en un carácter favorable por la presencia de DDT en el medioambiente. Sólo aquellos insectos resistentes al DDT sobreviven dando origen a mayores poblaciones resistentes al DDT. - Un caso interesante es la polilla Biston betularia. Antes de la Revolución Industrial, sólo se observaban polillas con alas de colores claros en árboles de troncos de color claro. Con la contaminación causada por la Revolución Industrial, los troncos se oscurecieron y las entonces raras polillas de alas oscuras se convirtieron en prevalentes; por su parte, las una vez prevalentes de colores claro se convirtieron en raras. ¿La razón?, las aves predadoras. El color que tiene el mayor contraste con el fondo (en este caso los troncos de los árboles), es una desventaja. La limpieza de los bosques a medidos del siglo XX causó la reversión de la frecuencia de polillas claras a oscuras a valores preindustiales.

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Selección desorganizadora o disruptiva La selección desorganizadora favorece a individuos en ambos extremos de la variación: la selección es en contra del medio de la curva. Esto causa una discontinuidad en la variación, produciendo dos o más fenotipos distintos. Un ejemplo de esto lo da el salmón Oncorhynchus kisutch. Cuando la hembra desova, los machos se acercan al nido y vierten su esperma fecundando los huevos, los que logran hacerlo son, por un lado, los machos más grandes que luchan entre sí por acercarse, ganando generalmente el de mayor tamaño y, por el otro, los más pequeños, que logran llegar ocultándose entre las rocas, evitando así ser vistos (y pelear). De esta manera se observa, dentro de la población, una gran proporción de los dos tamaños extremos de machos.

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www.oliverclases.forochile.org Selección Sexual Se da el caso que determinadas características, en el marco de una especie, son sexualmente atractivas, aunque carezcan de otro significado, por ejemplo, en algunas especies de aves, los machos pueden hinchar sus cuellos en una medida extraordinaria, lo cual resulta atractivo para las hembras. Por lo tanto, se seleccionan machos que pueden hinchar enormemente sus cuellos. Darwin concluyó que si bien la selección natural razonable guía el curso de la evolución, la selección sexual influye su curso, aunque no parezca existir ninguna razón evidente.

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www.oliverclases.forochile.org Capitulo IV. Codigo Genetico y Sintesis De Proteica La traducción corresponde a la síntesis de proteínas y representa un proceso irreversible. El recuadro anterior se conoce como el dogma central de la biología molecular. En éste la transcripción es sinónimo de síntesis de ARN.

La información genética se organiza en el ADN en forma de 4 nucleótidos: A, G, C y T. La información que contiene el ADN para la formación de una proteína específica pasa al ARN a través del proceso de transcripción. A continuación se lee el ARN mensajero y se traduce ahora en otra clase de información, que son los aminoácidos que forman parte de una proteína. 1. Código genético Si bien es cierto que el ARNm se organiza en base a 4 nucleótidos (A, U, C y G), su unidad funcional está formada por 3 nucleótidos: el triplete o codón, por ejemplo, AUU, CAG, CCA, etc. El número máximo de codones diferentes que se pueden formar son 64. El conjunto de estos 64 codones del ARNm conforma el código genético, el cual está encargado de codificar los 20 aminoácidos diferentes que existen en la naturaleza.

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www.oliverclases.forochile.org Este código genético es universal, ya que todos los organismos usan los mismos codones para determinar los aminoácidos. La única excepción está dada por las mitocondrias que presentan algunos codones diferentes al resto de los seres vivos. Por otra parte, 3 de los 64 codones se denominan sin sentido debido a que no determinan ningún aminoácido y su rol es el de señalar el término de la traducción (stop). Los 61 codones restantes se encargan de determinar los 20 aminoácidos diferentes, por lo que necesariamente deben existir sinónimos, por ejemplo, el aminoácido valina es determinado por los codones GUU, GUC, GUA y GUG. Esta propiedad algunos la han llamado ambigüedad o degeneración del código genético. ARN de transferencia (ARNt) Constituye un grupo pequeño de ARN (entre 75 y 85 nucleótidos de longitud), que sirven como adaptadores moleculares durante la síntesis proteica. Los aminoácidos no pueden reconocer por sí solos los codones del ARNm. El ARNt posee un triplete de nucleótidos denominado anticodón, que establece puentes de hidrógeno con el codón del ARNm, simultáneamente puede unir al aminoácido correspondiente al codón que se leyó. Así, un aminoácido específico es llevado al ribosoma en respuesta al codón adecuado. Los ARN de transferencia tienen una estructura secundaria en hoja de trébol. Ésta se logra por regiones que no son complementarias y que tienen forma de asa o mango y otras regiones cortas que sí son complementarias. Los ARNt se unen a su aminoácido correspondiente en el citoplasma, proceso que requiere gasto de ATP.

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www.oliverclases.forochile.org ARN ribosomal (ARNr) y Ribosomas Los ribosomas son partículas esferoidales que contienen cantidades aproximadamente iguales de ARNr y proteína. Están en todas las células. Los ribosomas sirven como una especie de andamio para la interacción ordenada de las numerosas moléculas que intervienen en la síntesis proteica, principalmente ARNm y ARNt. Si son centrifugados, los ribosomas eucarióticos tienen un coeficiente de sedimentación de 80s, mientras que los procarióticos tienen un coeficiente de 70s. Esto indica una diferencia estructural entre ambos. El nucléolo es la verdadera fábrica donde se generan los ribosomas, ya que es el lugar donde se ensamblan los ARNr, fabricados en el núcleo con las proteínas ribosómicas provenientes del citoplasma.

2. Síntesis Proteica La síntesis de proteínas se conoce también como traducción, dado que es la transferencia de información del lenguaje de los nucleótidos al de los aminoácidos. Ocurre en tres etapas: 1. Iniciación 2. Elongación 3. Terminación

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www.oliverclases.forochile.org Etapa de Iniciación El primer paso de la síntesis proteica es la unión de la subunidad ribosómica menor al sitio de unión del ribosoma en la molécula de ARNm. Este sitio contiene el codón AUG (codón de inicio), en el cual comienza la síntesis proteica. Sólo después de la unión ARNm con la subunidad menor se incorpora la subunidad mayor.

Etapa de elongación 1. Entrada del segundo ARNt al sitio A, que se encuentra despejado para ser leído. Para ello, el ribosoma se desplaza a lo largo del ARNm.

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www.oliverclases.forochile.org 2. Formación de un enlace peptídico y la consiguiente expulsión del ARNt que estaba ocupando el sitio P.

3. Translocación del ARNt (que ahora lleva la cadena peptídico en formación) desde el sitio aminoacídico (A) hacia el peptídico (P). Esto ocurre por el desplazamiento del ribosoma a lo largo del ARNm, permitiendo que el sitio A se encuentre despejado nuevamente.

4. A continuación se lee el siguiente codón que se encuentra en el sitio A para incorporar el siguiente aminoácido en la secuencia de la proteína.

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A continuación se vuelve a formar un enlace peptídico entre el segundo y tercer aminoácido, se desprende el segundo ARNt y se trastoca el ribosoma para permitir la lectura del resto del ARNm.

Etapa de terminación Finalmente, se llega a la terminación del proceso cuando se lee el codón UAA (codón sin sentido) que significa Fin (STOP). De esta manera se separa la proteína formada.

Durante la síntesis de proteína, cada molécula de ARNm es traducida simultáneamente por varios ribosomas, formando una estructura denominada polisoma o polirribosoma. Esto aumenta considerablemente la velocidad con que puede transcribirse un péptido largo.

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www.oliverclases.forochile.org Capitulo V. Organización Del Sistema Nervioso 1. Histología del Sistema Nervioso Fundamentalmente, se encuentra constituido por dos tipos de células: células gliales y neuronas. Estas células tienen un origen común en el Tubo Neural, que deriva embriológicamente del ectoderma. 2. Células Gliales o Neuroglias Son un conjunto de células dispuestas en forma de una malla de sostén para las neuronas, garantizándoles una óptima funcionalidad. Algunas glias son: Astroglia Forman una red de soporte del sistema nervioso central, unen neuronas a sus vasos sanguíneos, ayudan a formar la barrera hematoencefálica. Son de dos tipos: protoplasmáticos, que se encuentran en la sustancia gris del sistema nervioso central, y fibrosos, que se encuentran en la materia blanca del sistema nervioso central.

Microglia Se derivan de los monocitos. También se le denominan como macrófagos cerebrales, su función es fagocitar y destruír los microbios y los detritus celulares. Pueden migrar al área de la lesión del tejido nervioso.

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www.oliverclases.forochile.org Oligodendroglias Dan soporte y forman un tejido conectivo semirrígido entre las neuronas del sistema nervioso central, producen una vaina de mielina alrededor de los axones de las neuronas del sistema nervioso central.

Células Ependimales Forman una cubierta epitelial continua para los ventrículos del cerebro (espacios que forman y por donde circula el líquido cefalorraquídeo) y el conducto central de la médula espinal; probablemente participen en la circulación del líquido cefalorraquídeo en estas áreas. 3. Neurona Caracteristicas Generales Es una célula altamente diferenciada, tanto así que constituye parte de los llamados tejidos post-mitóticos irreversibles, pues ha perdido su capacidad de regeneración por reproducción celular. En la neurona es posible encontrar prolongaciones que son continuaciones del cuerpo neuronal y pueden ser cortas o largas, llegando a medir más de un metro. Hay que tener en cuenta que estas proyecciones se encuentran cubiertas por la membrana citoplasmática en toda su extensión. Estas células presentan un alto metabolismo, lo que explica el gran número de mitocondrias presentes en el soma y en las prolongaciones. Además el tejido nervioso presenta gran sensibilidad al déficit de O2 y de glucosa.

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Clasificación Los axones se pueden clasificar en dos tipos de fibras según la ausencia o presencia de vaina de mielina: Fibras Mielínicas Son más numerosas y de mayor diámetro, se caracterizan por poseer una vaina, la célula aplanada de Schwan presenta una prolongación de membrana plasmática que encierra una delgada capa de citoplasma. Esta membrana presenta un alto contenido del lípido esfingomielina, por lo cual recibe el nombre de vaina mielínica. Fibras Amielínicas Son menos numerosas y de menor diámetro. Se caracterizan por poseer escasa envoltura mielínica o carecer de ella y su velocidad de conducción es mucho menor. Son propias del Sistema Nervioso Autónomo. Esta clasificación es importante, ya que las fibras amielínicas presentan una velocidad de conducción menor comparativamente con las fibras mielínicas que presentan una gran velocidad de conducción. (F. mielínica 120 m/s F. amielínica 5 m/s).

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www.oliverclases.forochile.org 4. Organización del Tejido Nervioso El tejido nervioso que compone al sistema nervioso central está compuesto por los siguientes elementos: Sustancia Gris Corresponde a la concentración de somas neuronales con porciones de axones no mielinizados. Sustancia Blanca Corresponde a axones en su mayoría mielinizados. Éstos le dan su aspecto blanquecino clásico. Constituyen grupos de fibras nerviosas conocidos como vías nerviosas que comunican distintas zonas del S.N.C. Núcleos Son acumulaciones de sustancia gris, independientes, que se ubican en el espesor de la sustancia blanca en el SNC; corresponden a agrupaciones de somas que constituyen importantes centros nerviosos. Ejemplo: Núcleos de la base del cerebro: tálamo, formación reticular, hipotálamo. Ganglios Corresponden a una concentración de somas neuronales en el sistema nervioso periférico. Ejemplo: ganglios raquídeos, ganglios autónomos simpáticos y parasimpáticos.

5. Organización Anatómica del sistema nervioso Sistema Nervioso Central (SNC) Está constituido por aquella porción del sistema nervioso que ocupa la caja craneana y el conducto vertebral o raquídeo de la columna vertebral. En él radican los centros nerviosos que rigen los actos voluntarios e involuntarios, además de los centros de comando de la vida vegetativa y de las funciones nerviosas superiores. El sistema nervioso central se divide en dos grandes porciones: Médula Espinal Ocupa el conducto raquídeo

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www.oliverclases.forochile.org Encéfalo Ocupa la cavidad craneana. Está dividido en tronco encefálico (bulbo raquídeo, protuberancia anular y mesencéfalo), cerebelo y cerebro.

6. Médula Espinal Características Anatómicas Corresponde al primer nivel de integración ubicado dentro del conducto vertebral. Se extiende desde el agujero occipital en la base del cráneo, hasta el nivel de la primera y segunda vértebra lumbar. Está formado por sustancia gris central y sustancia blanca periférica. La sustancia gris presenta la forma de una letra H. En su centro presenta un pequeño conducto llamado canal del epéndimo. La rama horizontal de esta H es la comisura gris, las ramas anteriores se denominan astas anteriores o motoras y las posteriores astas posteriores o sensitivas. Los nervios espinales o raquídeos resultan de la unión de la raíz anterior y posterior de la medula espinal La sustancia blanca periférica se interrumpe en la cara anterior y posterior por los surcos medios anterior y posterior respectivamente. Funciones La médula espinal cumple con dos grandes funciones para mantener la homeostasis del organismo, la primera conducir información sensitiva y motora por la sustancia blanca, la segunda es ser un medio de integración de reflejos, a continuación estudiaremos ambas funciones. Reflejos Un acto reflejo es una respuesta automática e involuntaria cuya finalidad es la protección del organismo frente a agresiones externas. Esta respuesta puede ser una contracción muscular o una secreción glandular y siempre que actúa el estímulo la respuesta es igual,

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www.oliverclases.forochile.org por esto puede ser predecible. Representa la forma más simple de conducta y su base estructural radica en el arco reflejo. El arco reflejo consiste en una serie de estructuras encadenadas, constituidas por un receptor, una vía aferente (sensitiva), un centro elaborador, una vía eferente (motora) y un efector. Receptores Son estructuras especializadas para captar las variaciones de distintos tipos de energía en el medio ambiente, externo e interno. Vía Aferente Está dada por una neurona sensitiva cuya larga dendrita toma contacto con el receptor y cuyo axón toma contacto con el centro elaborador. El cuerpo de esta neurona se ubica en el ganglio sensitivo de la raíz posterior. Centro elaborador Estructura nerviosa encargada de recibir los impulsos aferentes y elaborar una respuesta adecuada a la naturaleza del estímulo. A este nivel encontramos neuronas intercalares o de asociación, que además actúan como integradores de la respuesta. Vía eferente Está constituida por neuronas motoras que llevan los potenciales de acción desde el centro elaborador hacia los efectores. Efectores: Son las estructuras ejecutoras de la orden–respuesta enviada por el centro elaborador. Corresponden a músculos o glándulas, por lo tanto, la única modalidad de respuesta refleja es una contracción muscular o una secreción glandular.

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1. Estimulación del ligamento rotuliano. 2. Conducción de la información al centro elaborador de la medula espinal a través de la vía sensitiva o aferente. 3. Elaboración de la respuesta a nivel medular. 4. La respuesta es conducida por la vía eferente o vía motora hacia el efector. 5. El efector manifiesta la respuesta, en este caso un movimiento muscular.

7. Encéfalo Es la porción del S.N.C. contenida en la caja craneana, se divide en: tronco encefálico, cerebro y cerebelo. Tronco Encefálico Es la porción superior de la médula espinal. Podemos diferenciar en él 4 partes: Bulbo raquídeo o médula oblonga Está comprendido entre el límite superior de la médula espinal y el borde inferior de la protuberancia. En su espesor se encuentran numerosos núcleos grises, grupos de somas neuronales que constituyen importantes centros nerviosos o núcleos de origen de los nervios craneanos. En su mayor parte está constituido por sustancia blanca formada por

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www.oliverclases.forochile.org haces de fibras nerviosas ascendentes y descendentes como la vía motora piramidal descendente que se decusa hacia el lado corporal opuesto. La función del bulbo está relacionada con el control de la función involuntaria, donde encontramos el centro respiratorio, centro cardiovascular, centro de la deglución, de la tos, el estornudo, secreción gástrica, etc. Protuberancia anular o Puente de Varolio Se ubica entre el bulbo raquídeo y el mesencéfalo. La dirección transversal de sus fibras le da un aspecto de puente. Estas fibras transversales se dirigen hacia el cerebelo, constituyendo los pedúnculos cerebelosos, medios que conectan ambos hemisferios cerebelosos. En ella encontramos fibras ascendentes y descendentes y algunos núcleos grises de origen de nervios craneanos. También encontramos parte del centro respiratorio: el centro neumotáxico y el centro apnéustico, que regulan la respiración. Mesencéfalo Se encuentra por encima de la protuberancia constituyendo los pilares o pedúnculos cerebrales que no son más que un conjunto de haces ascendentes y descendentes de fibras nerviosas. También aquí encontramos algunos núcleos grises que cumplen la función de estación de relevo en la vía visual y en la vía acústica. Formación Reticular Se encuentra a todo lo largo del tronco, dispuesto como un núcleo gris, responsable de la regulación sueño-vigilia, gracias a su función de gobernar el nivel de conciencia o estado de alerta del individuo.

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www.oliverclases.forochile.org Cerebelo Se ubica posterior al tronco encefálico y se comunica íntimamente con él a través de los pedúnculos cerebelosos. En la sustancia gris se halla en la superficie externa (corteza cerebelosa), mientras que la sustancia blanca se localiza internamente. Su función principal es la de regular la actividad motora voluntaria, gracias a tres actividades: 





Controla el equilibrio estático y dinámico, función que es compartida con el aparato vestibular del oído interno, constantemente está recibiendo información del estado físico del cuerpo, por ejemplo, tendones, articulaciones, receptores para el equilibrio, que le permiten conocer la postura equilibrio y todos los movimientos del cuerpo. Regula el tono muscular: Según la postura y actividad que se esté realizando, el cerebelo aumentará el tono muscular (grado de semicontracción pasiva muscular), integrando la orden de la corteza cerebral con la información que llega desde los propioceptores. Regula la coordinación motora: Para que se realice un movimiento, los distintos grupos musculares deben actuar coordinadamente en intensidad de contracción y en la secuencia de tiempo en que ordenadamente se van contrayendo. Se puede decir que la precisión de todos nuestros movimientos, como pintar o enhebrar una aguja, se debe al cerebelo.

Cerebro Es el centro superior, por excelencia, del sistema nervioso. Es un órgano de aproximadamente 1.350 grs. de peso, de forma ovoide. Se encuentra dividido en dos hemisferios cerebrales, por una gran cisura que recorre su cara superior: la cisura interhemisférica. Sin embargo, esta división es incompleta ya que, al separar los dos hemisferios y mirar al fondo de la cisura, vemos que existe una serie de estructuras que conectan ambos segmentos. Son las llamadas comisuras, de las cuales la más importante es el cuerpo calloso, estructura de sustancia blanca en forma de gancho. En el cerebro, la distribución de sustancia gris y sustancia blanca es a la inversa de la observada en la médula. La sustancia gris se dispone periféricamente, formando una capa delgada llamada corteza cerebral. La sustancia blanca forma casi todo el parénquima cerebral y conecta la corteza con los otros núcleos de sustancia gris, ubicados en la base del cerebro. Corteza cerebral Es una capa multineuronal compleja, que ha alcanzado su máximo grado de desarrollo en el ser humano. Sus múltiples capas neuronales se han ido desarrollando sucesivamente a lo largo del desarrollo evolutivo. En el ser humano, la corteza cerebral recibe toda la información sensitiva aferente, y la hace consciente. Es el órgano que rige la conciencia, que gobierna la afectividad y también la función intelectual como el pensamiento, la

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www.oliverclases.forochile.org capacidad de aprendizaje, la memoria, el lenguaje, los actos, etc. (funciones corticales superiores). Además, es la iniciadora de los movimientos voluntarios. Áreas corticales El aspecto de la superficie cerebral muestra un gran número de pliegues limitados por surcos y cisuras. Cada pliegue recibe el nombre de circunvolución cerebral y los surcos más profundos llamados cisuras delimitan grandes áreas conteniendo varias circunvoluciones, son los llamados lóbulos cerebrales. Las áreas corticales son de 3 tipos:   

Sensoriales: Reciben las aferencias sensitivas y se hacen conscientes. Motoras: Envía las órdenes motoras voluntarias. De asociación: Áreas corticales integradoras y coordinadoras que contactan áreas motoras y sensitivas

Áreas somestésicas o sensoriales generales Reciben las sensaciones generales: tacto, presión, calor, frío y propiocepción. Se ubican en la zona post–Rolándica de la corteza. En esta área se encuentran representados todos los segmentos del cuerpo humano, donde la cantidad de área asignada es directamente proporcional al número de receptores sensoriales que hay en cada parte del cuerpo. Áreas sensoriales especiales Son aquellas áreas de la corteza en las cuales se elabora la información proveniente de cualquiera de los órganos llamados sensoriales que tienen sus receptores en regiones bien localizadas del cuerpo, por ejemplo, la visión. Área Premotora Está localizada inmediatamente por delante de la corteza motora primaria. La topografía de esta área es similar a la de la corteza motora primaria, con predominio de manos y cara. Las señales nerviosas originadas en el área premotora producen movimientos que comprometen a grupos de músculos que realizan tareas específicas aprendidas, como escribir. Área Motora Suplementaria Se localiza por encima del área premotora. Esta área funciona conjuntamente con el área premotora para proporcionar movimientos posturales, que fijan diferentes segmentos del cuerpo, como base el control motor más fino de los brazos y manos por el área premotora y corteza motora primaria.

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www.oliverclases.forochile.org Área de Asociación Se distribuyen en la corteza cerebral no ocupada por áreas específicas. No son áreas que estén en contacto con la periferia, sino que conectan las áreas sensitivas y motoras entre sí, entregando todas las sensaciones y la motricidad en un solo y complejo panorama. Diencéfalo Tálamo Es una formación par, ovoide, que constituye la estación de relevo para todas las sensaciones. El tálamo forma la pared externa del tercer ventrículo. El tálamo, junto al hipotálamo, forman parte del diencéfalo y no de los núcleos de la base. Hipotálamo Es una pequeña porción del diencéfalo que se localiza por abajo del tálamo, está protegido parcialmente por la silla turca del hueso esfenoides. La información llega a hipotálamo por medio de vías aferentes que se originan en los órganos sensitivos periféricos, además tiene varias conexiones muy importantes con la glándula hipófisis. Sus funciones están relacionadas con la supervivencia del organismo, de la especie, así como de la integración emocional del comportamiento, entre sus funciones se cuentan: 1. Transducción de manifestaciones fisiológicas de los fenómenos psicológicos (somatización). Cuando la corteza cerebral interpreta emociones fuertes, envía impulsos nerviosos a hipotálamo, el cual dirige impulsos por sistema nervioso autónomo y además libera sustancias químicas que estimulan a la glándula hipofisiaria anterior, provocando cambios en las actividades corales. 2. Controla el sistema nervioso autónomo. Esto se logra mediante axones de neuronas que viajan desde los núcleos hipotalámicos, hasta los núcleos simpáticos y parasimpáticos en el tallo cerebral y médula espinal 3. Controla ciclos biológicos, muestra propiedades de ser un oscilador autorregulado, por ejemplo, regula la ingesta de alimentos. 4. Presenta los centros de hambre y saciedad. 5. Regula el equilibrio hídrico, debido a que presenta el centro de la sed, que es estimulado por el volumen de líquido extracelular cuando se reduce. 6. Participa de reacciones emocionales fuertes, se le asocia a los sentimientos de agresión y rabia. 7. Controla la temperatura normal del cuerpo; si la sangre que fluye por hipotálamo presenta una temperatura superior a la normal, éste promueve, por ejemplo, la relajación del

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www.oliverclases.forochile.org músculo liso de vasos sanguíneos, provocando vasodilatación y aumento de la pérdida de calor. Por el contrario, si la temperatura de la sangre que pasa por hipotálamo es inferior a la temperatura normal del cuerpo hipotálamo, genera impulsos que producen vasocontricción cutánea. 8. Es el principal intermediario entre el sistema nervioso y el sistema endocrino; el hipotálamo secreta sustancias químicas (hormonas o factores reguladores) que actúan sobre la glándula hipófisis, además el hipotálamo produce dos hormonas: la hormona antidiurética y la oxitocina.

8. División Funcional Sistema Nervioso Periférico (S.N.P.) Se divide funcionalmente en 2 sistemas: Sistema nervioso voluntario o somático y el sistema nervioso autónomo, neurovegetativo o visceral. Sistema Nervioso Somático Se refiere a la inervación (nervios que llegan a una determinada zona) de músculos voluntarios. Por lo tanto, controlan la contracción de estos tipos musculares. Sistema Nervioso Autónomo Es la parte del sistema nervioso que regula y controla las funciones viscerales y vegetativas del organismo, por ejemplo, secreción de glándulas exocrinas, función digestiva, micción, temperatura corporal, etc. Sus centros nerviosos se localizan en el hipotálamo, el tronco encefálico y la médula espinal, reciben un importante influencia de las situaciones que el sujeto percibe en forma consciente y de las acciones voluntarias enviadas por la corteza cerebral. El SNA se divide en 2 subsistemas: a. Sistema nervioso simpático. b. Sistema nervioso parasimpático. Los órganos que controla el SNA son inervados por ambos subsistemas. Ambos sistemas están formados por neuronas motoras que actúan en forma coordinada, pero tienen efectos antagónicos.

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www.oliverclases.forochile.org Capitulo VI. Impulso Nervioso Y Sinapsis 1. Impulso Nervioso La propiedad más importante de las neuronas es responder ante estímulos, generando una respuesta bioeléctrica que viaja a lo largo de toda la neurona. La célula muscular también es excitable, junto a la neurona, constituyendo los dos únicos tipos que presentan esta propiedad.

Estado de Reposo La concentración de los iones K+ en el citoplasma de un axón es aproximadamente 30 veces superior a la del fluido externo, por el contrario, la concentración de iones Na+ es unas 10 veces mayor en el fluido extracelular, que en el citoplasma, esta distribución de iones a ambos lados de la membrana depende de 3 factores. Difusión de partículas a favor de un gradiente de concentración. Presencia de Cl- en el espacio extracelular, mientras en la cara interna de la membrana plasmática se acumulan proteínas, sulfatos y fosfatos de carácter negativo. Esto provoca que el Cl- que esté al exterior celular no pueda difundir hacia la neurona.

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www.oliverclases.forochile.org Esta diferencia de concentración entre Na+ y K+ se mantienen por la bomba Na+ - K+ ATPasa, con gasto de ATP.

El potencial de reposo de una membrana es de – 70 mili volt, siendo un estado muy inestable en la neurona.

Despolarización Al estimular la membrana se vuelve permeable al ingreso de iones Na+, abriendo canales que permiten la entrada masiva de estos iones al interior de la célula a favor del gradiente y son atraídos por la carga negativa dentro del axón, haciendo más positivo el lado interno de la membrana, produciendo un potencial de acción este cambio dura medio milisegundo, durante el cual la bomba Na+ - K+ ATPasa está inactiva.

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www.oliverclases.forochile.org Repolarización Alcanzado el potencial de acción, es decir, durante la inversión de cargas, se abre la mayoría de los canales de iones K+, los que fluyen hacia fuera del axón debido al gradiente de concentración y también a la carga positiva dentro del axón por aumento de iones Na+, durante el pico del potencial de acción. Este flujo contrarresta al flujo previo de iones Na+ hacia adentro y el potencial de reposo se reestablece rápidamente. Hiperpolarización La salida de K+ excede el potencial de reposo normal y brevemente se vuelve más negativo, es decir – 80 a - 90 mV. En este momento, la entrada de Na+ y la salida de K+ tiene las concentraciones de estos iones al revés de lo normal, lo que impide que la neurona vuelva a ser excitada, es decir, que genere un nuevo potencial de acción, período que recibe el nombre de período refractario absoluto. La alteración de las concentraciones de Na+ - K+ reactivan a la bomba Na+ - K+ ATPasa, la cual restablece el potencial de reposo de membrana normal, sacando Na+ al exterior e ingresando el K+ que salió durante la repolarización, el tiempo que tarda volver a restablecer el potencial de reposo normal, la membrana se encuentra en el período refractario relativo, durante el cual puede excitarse nuevamente la membrana si el estímulo es supraumbral. Propagación del Impulso El potencial de acción se autopropaga por la membrana neuronal porque en su pico, cuando al interior de la membrana en la región activa es comparablemente positivo, los iones de carga positiva que se encuentran en esa zona se mueven desde esa región al área adyacente dentro del axón, que aún es comparativamente negativa, la cual comienza a hacerse menos negativa, abriendo canales de Na+ regulados por voltaje que permiten entrar al Na+ precipitadamente, despolarizando esa región de la membrana. Como consecuencia de este proceso de renovación, que se repite a lo largo del axón, el impulso nervioso se conduce a una distancia considerable a una fuerza absolutamente no menguada.

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Este potencial de acción puede ser bidireccional, dado un estímulo al centro del axón de una neurona en reposo absoluto, pudiendo viajar en ambos sentidos dentro de la neurona. 2. Características del Potencial de acción Umbral de Excitación Este concepto se refiere a la intensidad mínima que debe tener un estímulo para ser capaz de generar un potencial de acción en la neurona. De acuerdo con esto, existen 3 clases de estímulos según su intensidad: 1. Estímulo Umbral, aquel que tiene la intensidad mínima necesaria para generar un potencial de acción. 2. Estímulo Subumbral (Infraumbral), que tiene una intensidad menor al mínimo necesario y, por tanto, no es capaz de generar potencial de acción.

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www.oliverclases.forochile.org 3. Estímulo Supraumbral, que tiene una intensidad mayor al mínimo necesario y también es capaz de generar potencial de acción. El umbral de excitación está en relación al potencial de reposo de la neurona. Así, un estímulo umbral para vencer un potencial de -70 mv va a ser subumbral para otra neurona que tiene un potencial de -80 mv. La hiperpolarización de una neurona implica aumentar el umbral de excitación, por lo que la neurona se hace más difícil de estimular. Ley del todo o nada Una vez desencadenado un potencial de acción en cualquier punto de la membrana, el proceso de despolarización viaja por toda la membrana si las condiciones son las adecuadas, o no lo hace en absoluto. Una vez que se genera este potencial de acción, tiene la misma duración y amplitud que si se inicia por un estímulo umbral o supraumbral. Es decir, no por aumentar la intensidad del estímulo aumenta también el potencial de acción, no existen respuestas intermedias, todo o nada. Conducción del Impulso En las neuronas que carecen de vaina de mielina se habla de una conducción continua, porque el potencial de acción va despolarizando toda la membrana neuronal. Sin embargo, las neuronas con vaina de mielina presentan una conducción saltatoria. Esto se produce porque la vaina se comporta como un excelente aislante que reduce el flujo de iones a través de la membrana en unas 5000 veces. Los iones sólo pueden fluir a través de los nódulos de Ranvier y, por lo tanto, los potenciales se pueden producir sólo en los nódulos. La conducción saltatoria tiene valor por 2 razones: al hacer que la despolarización se conduzca entre nódulos el potencial de acción se hace más rápido, entre 5 y 50 veces. En segundo lugar, ahorra energía para la neurona, porque sólo se despolarizan los nódulos. Velocidad de Conducción Si bien es cierto el potencial de acción obedece a la ley de Todo o Nada, es decir, que la fuerza electromotriz generada es de magnitud constante, se puede modificar en cambio su frecuencia de producción. Esta modulación de la frecuencia es la base de la transmisión de la información en el sistema nervioso. Las modificaciones de potencial que constituyen el potencial de acción se transmiten especialmente en las fibras nerviosas a velocidad variable, pero independiente de la fuerza del estímulo. La velocidad del impulso nervioso es determinada por los siguientes factores:

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www.oliverclases.forochile.org 1. Presencia de Vaina de Mielina: Hace más rápido el potencial de acción. Las fibras amielínicas conducen a 0,25 m/seg y las mielínicas, hasta 100 m/seg. 2. Diámetro del Axón: A mayor diámetro, mayor es la velocidad de conducción. 3. Temperatura: Cuando las fibras nerviosas están a mayor temperatura conducen el impulso nervioso a mayor velocidad, Cuando están frías conducen el impulso a velocidad inferior. Por ejemplo, el dolor resultante de una lesión del tejido puede reducirse con la aplicación de frío. 3. Sinapsis El potencial de acción no abandona el ámbito de la neurona que lo originó. Entre una neurona y otra, o bien entre neurona y efector, la información se transmite de una membrana a otra a través de las uniones interneuronales llamadas sinapsis. Existen 2 tipos de sinapsis: Sinapsis eléctricas Se caracterizan por ser canales desde una célula a la siguiente. Se realizan a través de uniones intercelulares laxas, que permiten el paso libre de iones. Son escasas en el SNC, se encuentran entre células musculares lisas y cardíacas.

Sinapsis químicas Son aquellas en donde la neurona libera sustancias químicas, los neurotransmisores, que van a producir en la estructura contigua cambios en su permeabilidad de membrana, lo que originará nuevos biopotenciales. Son las más abundantes. Las sinapsis químicas pueden ser:

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www.oliverclases.forochile.org a) b) c) axo - axónicas.

axo axo

-

dendríticas. somáticas.

Las sinapsis químicas tienen un rasgo sumamente importante: las señales se transmiten siempre en una sola dirección, o sea, desde la neurona que secreta el neurotransmisor, llamada neurona presináptica, hacia la neurona sobre la que actúa el neurotransmisor o neurona postsináptica. Esto constituye la base de la conducción unidireccional y es fundamental para que el sistema nervioso realice sus funciones en forma específica. Anatomía Funcional de la Sinapsis Las terminales presinápticas o botones terminales están separadas de las neuronas postsinápticas por una hendidura sináptica. En la terminal presináptica se encuentran vesículas que contienen al neurotransmisor y son liberados hacia la hendidura sináptica. Además, contiene mitocondrias que aportan ATP para su vaciamiento. Por su parte, la membrana de la neurona postsináptica posee receptores específicos para el neurotransmisor. De esta manera, la estructura de la sinapsis es asimétrica, porque hay estructuras que están presentes en una neurona y no en la otra.

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Cuando un potencial de acción viaja por la terminal presináptica, provoca la exocitosis de las vesículas con liberación del neurotransmisor. Esta exocitosis depende de la presencia de Ca+2, cada impulso nervioso libera siempre la misma cantidad de neurotransmisor, por lo cual la cantidad liberada por unidad de tiempo es función directa de la frecuencia de los impulsos.

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www.oliverclases.forochile.org Un neurotransmisor que ha hecho abandono de la neurona presináptica puede continuar por los siguientes caminos: 1. Seguir a la neurona postsináptica, donde se une a los receptores y puede ejercer un efecto específico. Esta unión neurotransmisor - receptor provoca la apertura de canales iónicos. Dependiendo de los canales que se abran sería la consecuencia. 2. Ser recaptado hacia la estructura presináptica. 3. Unirse a receptores presinápticos, cuya unión regula o limita la liberación de neurotransmisores. 4. Ser degradado por enzimas presentes en el espacio sináptico. Si ocurre el caso Nº 1, la unión desencadena cambios en la permeabilidad iónica, lo que puede iniciar o inhibir potenciales sinápticos. Si el cambio de permeabilidad favorece la entrada de Na+, se genera un potencial excitatorio postsináptico (PEPS). Si la permeabilidad favorece la entrada de Cl- y K+, el potencial generado es inhibitorio (PIPS). La intensidad de la respuesta sináptica depende de la cantidad de neurotransmisor que se une a los receptores por unidad de tiempo. Un PEPS solo o sumado espacial o temporalmente alcanza el umbral de excitación de la estructura postsináptica desencadenando en ésta un nuevo potencial de acción que se transmite a toda la célula postsináptica. Los potenciales sinápticos modifican la excitabilidad de la neurona frente a otros estímulos, los PEPS la aumentan y los PIPS la disminuyen. Características de la sinapsis Sumación Para que una neurona presináptica logre estimular a la neurona postsináptica no basta un solo estímulo, sino que deben actuar varios de ellos sobre la neurona postsináptica para alcanzar el umbral de excitación de la neurona. En otros términos los estímulos se deben sumar, debido a que cada uno en forma individual no es capaz de generar una respuesta en la neurona postsináptica. Cada estímulo contribuye a disminuir el umbral hasta que el último logra despolarizar a la neurona postsináptica. Retardo sináptico La sinapsis más abundante en el sistema nervioso es la de tipo química, en la cual se libera un neurotransmisor que modifica el estado de polaridad de la membrana neuronal. Éste es un fenómeno más lento, comparado con una sinapsis eléctrica, donde el estímulo pasa directamente de una célula a otra. Por otra parte, el retardo implica que el fenómeno

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www.oliverclases.forochile.org químico de la sinapsis es mas lento que el potencial de acción, lo que enlentece la vía. Mientras más sinapsis presente la vía más retardos existen. Fatiga sináptica Cuando una sinapsis es estimulada repetitivamente durante mucho tiempo, se alcanza un punto en el que cada estimulación postsináptica sucesiva provoca respuestas postsinápticas más pequeñas. A este fenómeno se le llama fatiga sináptica, por ejemplo, la depresión neuromuscular en la placa motora. A pesar del concepto de fatiga, la recuperación de la neurona es rápida. Neurotransmisores Son moléculas pequeñas de acción rápida formadas por las neuronas. Algunos de los ejemplos que se pueden mencionar son la acetilcolina, la dopamina, la noradrenalina y la adrenalina, entre muchos otros. Neurotransmisor Localización

Acetilcolina

Dopamina

Efecto

Se forma a partir de ácido acético y colina.Neurotransmisor del Interviene en la contracción sistema nervioso autónomo o muscular, contrarresta la neurovegetativo, siendo típico acción de la dopamina en del parasimpático. Además, los núcleos de la base, participa en la placa motora y participa de la mantención se encuentra en la corteza cerebral, de la vigilia. núcleos de la base y sistema de activación reticular, vías visuales auditivas y tálamo. Interviene en la regulación de la función hipofisiaria, Es una catecolamina que se origina a por ejemplo, inhibición de partir de tirosina. la hormona del crecimiento, Se localiza sólo en cerebro, en regulación de respuestas mesencéfalo, núcleo caudado, globo emotivas, estado de vigilia, pálido y tálamo. mecanismos de placer, Su falta produce mal de Parkinson. participa en el control del movimiento motor voluntario, aptitud para aprender.

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www.oliverclases.forochile.org Interviene en la contracción del músculo liso vascular e intestinal, aumenta fuerza Es una catecolamina, que se sintetiza a contráctil de corazón, partir de Tirosina. favorece agregación plaquetaria, Noradrenalina Se localiza en el SNC y participa en la promueve la glicogenólisis y mayoría de las sinapsis gluconeogénesis de hígado, del sistema simpático. interviene en el ritmo de sueño y vigilia, formación de memoria, reacciones emocionales, síndrome de alarma entre otros.

Adrenalina

Tiene casi los mismos efectos que la noradrenalina, pero difieren en cuanto Es una catecolamina. Se encuentra en tiene mayor efecto en la una pequeña cantidad de sinapsis del estimulación cardiaca, SNC. Constituye también una provoca débil constricción neurohormona cuando pasa de los vasos sanguíneos a la sangre vía médula suprarrenal. musculares, aumenta las actividades metabólicas como son glucogenólisis hepática, muscular y liberación de glucosa a la sangre.

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www.oliverclases.forochile.org Capitulo VII. Sistema Inmune Los seres vivos deben ser capaces de distinguir las partículas extrañas de las propias para lograr eliminarlas y evitar su potencial toxicidad. De esta manera, se constituye un sistema especialmente destinado a la detección, eliminación y vigilancia de nuestro organismo. Además, hay que considerar la existencia de barreras externas que impiden la entrada de agentes patógenos. 1. Barreras Externas Se encuentran localizadas en los posibles sitios de entrada para los agentes patógenos, y se pueden dividir en: Barreras mecánicas Son aquellas que constituyen un impedimento físico a la penetración de los gérmenes, tal es el caso de la piel, que a través de la capa superficial de células muertas adhiere a los microorganismos que luego se desprenden por medio de la descamación de la piel. El cerumen y pelos del conducto auditivo retienen cuerpos extraños, impidiendo su paso hacia el oído medio e interno y el mucus de la mucosa respiratoria, atrapa los elementos extraños que luego son eliminados a través de movimientos ciliares, la tos y el estornudo.

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www.oliverclases.forochile.org Barreras químicas Corresponden a sustancias que impiden el desarrollo de los microorganismos. Es el caso del sudor y el sebo de la piel, que forman una capa ácida y grasa, impidiendo el desarrollo de patógenos. La saliva que contiene la enzima lisozima e inmunoglobulinas. Las lágrimas también contienen lisozima, que impide el desarrollo de gérmenes y los jugos gástricos que a través de la acidez destruyen los agentes patógenos. Barreras biológicas Se refiere a algunas bacterias que habitan normalmente en algunos lugares del organismo y compiten con los patógenos, por ejemplo, las bacterias de la flora intestinal o de la flora vaginal. 2. Inmunidad El cuerpo humano tiene la capacidad, natural o adquirida, de resistir casi todos los tipos de microorganismos o tóxicos que tienden a lesionar los tejidos y los órganos, provocando una enfermedad. Esta capacidad se llama inmunidad. La inmunidad es de dos tipos: innata y adquirida. Inmunidad innata Corresponde a procesos generales en lugar de mecanismos dirigidos a gérmenes específicos. Está constituida por mecanismos existentes antes de que se desarrolle la infección. Inmunidad adquirida Es una inmunidad específica, altamente poderosa contra agentes patógenos individuales como bacterias, virus y toxinas. La inmunidad adquirida corresponde a la inmunidad celular y humoral a cargo de los linfocitos T y B respectivamente. Por otra parte, la inmunidad puede ser activa o pasiva. Inmunidad activa Cuando el organismo ha sido expuesto a los antígenos y sintetiza los anticuerpos o diferencia los linfocitos para ese antígeno, generando memoria inmunológica. A su vez, la inmunidad activa se puede dividir en: Natural: encuentro directo con algunos patógenos, por ejemplo, cuando se enferma contagia con alguna de las pestes, como la varicela.

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www.oliverclases.forochile.org Artificial: generada a través del uso de vacunas. La respuesta inmune del cuerpo ya sea celular o humoral es mucho más intensa en una exposición secundaria, de tal forma que podemos decir que la respuesta inmune se puede dividir en dos tipos: Respuesta primaria: corresponde al aumento del número de anticuerpos seguido de una declinación gradual, el organismo se ha sensibilizado y han proliferado linfocitos inmunocompetentes. Respuesta secundaria: respuesta al contacto entre un antígeno y el organismo sensibilizado, que induce una proliferación inmediata de linfocitos inmunocompetentes que han permanecido como células de memoria, aumento rápido de anticuerpos, mucho mayor a la ocurrida en la respuesta primaria y que producen en conjunto una respuesta más intensa. Inmunidad pasiva Se inyectan los anticuerpos formados por otra persona o animal que fue expuesta previamente al antígeno y que generó sus propios anticuerpos. Estos anticuerpos se inyectan bajo la forma de sueros, que no generan memoria inmunológica. Natural: transferencia de anticuerpos a través de placenta o leche materna. Artificial: inyección de inmunoglobulina. Inmunidad innata (también llamada natural o nativa) Se denomina Inmunidad Innata al conjunto de mecanismos que existen antes de la infección, responden rápidamente y de la misma manera frente a infecciones repetidas, formando así la primera línea de defensa de la respuesta inmune. Está constituida por Barreras físicas y químicas (piel, mucosas, productos antimicrobianos) Impiden la invasión producen localmente.

y

proliferación

de

patógenos

(agente

extraño)

y

se

Proteínas sanguíneas (por ejemplo, sistema del complemento) Responsables del proceso de inflamación. El complemento funciona como un mecanismo amplificador de la respuesta inmune. Sistema fagocitario (neutrófilos, macrófagos) Importante sistema efector, fundamental para la respuesta contra bacterias.

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Células natural killer (NK) Importantes en la vigilancia inmunológica. Citoquinas Regulan y coordinan actividades celulares. Características de la respuesta inmune específica Presenta 6 características de gran importancia: Especificidad Se refiere a que la respuesta es específica para distintos antígenos. Esto se logra mediante el reconocimiento de que una porción particular del antígeno por parte de un receptor de membrana específico para dicho estructura en la superficie de un linfocito. Diversidad El número total de linfocitos específicos para cada antígeno, llamado repertorio antigénico, es extremadamente enorme. Se ha estimado que un individuo puede

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www.oliverclases.forochile.org discriminar entre 107 y 109 distintos determinantes antigénicos. Este gran número depende de la variabilidad en la estructura de los sitios de unión de los receptores de los linfocitos. Memoria Respuesta a subsecuentes exposiciones del mismo antígeno (respuesta secundaria). La memoria inmunológica se produce por selección clonal de linfocitos específicos para un antígeno determinado. Esta respuesta secundaria es más rápida, más eficiente y de mayor magnitud que la respuesta primaria.

Especialización Se refiere al carácter especial y diferente de la respuesta inmune para cada antígeno. Además, tanto la inmunidad humoral como la celular son inducidas por diferentes clases de microorganismos o por el mismo, pero en diferentes etapas de la infección. Autolimitación Después de todas las respuestas inmunes normales, el sistema vuelve a su estado de reposo basal, también llamado homeostasis. Esto se logra eliminando el antígeno, que es el principal estímulo para la activación linfocitaria. Por otro lado, se estimulan mecanismos de regulación feedback negativo (o retroalimentación negativa) que inhiben la respuesta al antígeno. Tolerancia Una de las propiedades más interesantes del sistema inmune. Corresponde a la capacidad de reconocer lo “propio” de lo “ajeno”, respondiendo contra los antígenos externos y no

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www.oliverclases.forochile.org contra el propio organismo. Así, el organismo no se ataca a sí mismo. Esto resulta gracias a la eliminación o inactivación funcional de linfocitos autorreactivos (linfocitos que expresen receptores para autoantígenos). La pérdida de autotolerancia conduce a las llamadas enfermedades autoinmunes. 3. Sistema Inmunitario El sistema inmunitario se activa cuando un agente patógeno logra sobrepasar las barreras externas y alcanza cualquier lugar del organismo, generando una infección. Las funciones del sistema inmunitario son:   

Detectar la presencia de patógenos en el organismo. Eliminar los patógenos de los tejidos, Prevenir una nueva infección por los mismos patógenos.

Los componentes del sistema inmunitario son: Órganos Linfoides La medula ósea roja y el timo se consideran órganos linfoides primarios debido a que en ellos ocurre la formación y maduración de células inmunitarias, ya mencionados al inicio del capitulo. El tejido linfoide se encuentra distribuido por todo el organismo, especialmente en zonas que pueden ser puerta de entrada para los patógenos, por ejemplo el anillo de Waldeyer, situado a la entrada del sistema respiratorio y digestivo, en el intestino se encuentran las placas de Peyer que detectan y destruyen los patógenos que superaron la barrera externa de los jugos gástricos. Células Inmunitarias Corresponden a los neutrófilos, monocitos, linfocitos, basófilos y eosinófilos. La combinación de monocitos, macrófagos móviles, macrófagos tisulares fijos y unas pocas células endoteliales especializadas en la médula ósea, el bazo y los ganglios linfáticos, también reciben el nombre de sistema retículo endotelial.

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Moléculas Inmunitarias Son proteínas sintetizadas por algunas células inmunitarias, que participan en la defensa del organismo, tanto destruyendo agentes patógenos como activando la acción de otras células inmunitarias. Las células inmunitarias se activan unas a otras a través de las citocinas, que son sustancias proteicas sintetizadas por los mismos leucocitos. El sistema del complemento es un conjunto de unas 20 proteínas que se producen en el hígado y circulan por la sangre y el líquido extracelular. Este sistema de proteínas actúa secuencialmente tanto en las infecciones localizadas como generalizadas. Su mecanismo de acción puede incluir:  

Favorecer la dilatación de los capilares durante las infecciones. Complementa la acción de las inmunoglobulinas en la destrucción de la pared celular.

Las inmunoglobulinas son un grupo de proteínas que se encuentran en la sangre y el líquido extracelular, se les conocen también como anticuerpos. Las inmunoglobulinas son sintetizadas por los linfocitos B ante la presencia de partículas extrañas al organismo. La acción de las inmunoglobulinas se basa en el reconocimiento de unas moléculas características de los patógenos, los antígenos. Las inmunoglobulinas se combinan con los antígenos por medio de enlaces e impiden el ataque de las partículas patógenas.

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Existen 5 clases de inmunoglobulinas (Ig)    

Ig G: que es la más abundante, y la Ig M participan en todo tipo de infecciones. Ig A: actúa en las infecciones de las mucosas. Ig D: activa los linfocitos B. Ig E: interviene en las reacciones de alergia.

4. Respuesta Inmunitaria La respuesta inmunitaria es el conjunto de reacciones químicas y celulares que desencadena el sistema inmunitario ante un agente patógeno que atraviesa las barreras externas. Existe un primer tipo de respuesta inmunitaria que es la inespecífica. Llamada de esta manera, porque es idéntica para toda clase de patógeno. Se produce en las primeras etapas del ataque patógeno. En esta clase de respuesta participan los neutrófilos, los macrófagos, las citocinas y el sistema del complemento.

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www.oliverclases.forochile.org El segundo tipo de respuesta inmunitaria es la específica o especializada para cada patógeno. En esta clase de respuesta participan los linfocitos T, los linfocitos B, los monocitos, las células presentadoras de antígenos y los macrófagos. Además participan moléculas inmunitarias: inmunoglobulinas, citocinas y el sistema del complemento. La respuesta inmunitaria específica puede ser celular o humoral. Inmunidad Humoral En la respuesta específica humoral las células no atacan directamente a los antígenos. Son las proteínas llamadas anticuerpos o inmunoglobulinas, liberadas por las células plasmáticas, las que actúan contra los antígenos. Las células plasmáticas representan la forma activa de los linfocitos B. Este tipo de respuesta se produce cuando aparecen patógenos extracelulares o toxinas bacterianas. Los linfocitos B son activados por células T cooperadores. Al activarse, los linfocitos B proliferan, apareciendo células de memoria y células plasmáticas. Las células plasmáticas liberarán el anticuerpo específico, que provocará la opsonización del antígeno y la fijación del sistema del complemento. Inmunidad Celular La inmunidad celular es la respuesta específica en la que intervienen los linfocitos T en la destrucción de los agentes patógenos. Los linfocitos T atacan y destruyen células propias, tumorales o infectadas. El mecanismo de actuación para cada linfocito T es distinto. No obstante, todos se disparan mediante la presentación de antígenos. El agente patógeno es capturado por la llamadas células presentadoras de antígenos (CPA), generalmente macrófagos que degradan esos antígenos. Al degradarlos, pequeños péptidos (unos 10 aminoácidos, aproximadamente) de las proteínas externas del agente patógeno se unen de forma específica en un surco existente en el MHC (complejo mayor de histocompatibilidad) del macrófago. El MHC y el péptido de la célula presentadora del antígeno es expuesto en la membrana. Este macrófago activado se moviliza por el torrente sanguíneo hasta encontrar linfocitos, a los que activará. Respuesta Celular Está a cargo de los linfocitos T que destruyen células infectadas por un agente patógeno. Son la principal defensa ante virus y hongos. Fundamentalmente, existen dos clases de linfocitos: 

Linfocitos T citotóxicos que destruyen las células que han sido infectadas, así como también algunas células cancerosas.

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www.oliverclases.forochile.org 

Linfocitos T cooperadores que regulan la actividad de los linfocitos B y macrófagos.

Existen también linfocitos del tipo memoria.

Respuesta Humoral Es llevada a cabo por los linfocitos B, que sintetizan inmunoglobulinas o anticuerpos para destruir a los antígenos. Los anticuerpos actúan contra las infecciones, principalmente las producidas por bacterias. El linfocito B se diferencia en una célula plasmática cuando sintetiza los anticuerpos o inmunoglobulinas.

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Fases de la respuesta inmune

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www.oliverclases.forochile.org La fase de reconocimiento se basa en la capacidad del sistema para identificar un antígeno como extraño, para lograr montar una respuesta defensiva. A continuación, en la fase de activación el sistema pone en marcha los mecanismos para eliminar el agente extraño, lo que ocurre en la fase efectora. Una vez que se ha eliminado el antígeno la respuesta inmune debe desaparecer, de tal forma que no se produzca daño de estructuras propias del organismo, por lo que se da una declinación de la respuesta. Finalmente, si ha sido la primera exposición al antígeno se genera una memoria que permitirá que frente a una segunda exposición se monte una respuesta más rápida y potente. Si es una segunda exposición, sólo se mantendrá la memoria ya generada.

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www.oliverclases.forochile.org Capitulo VIII. Alteraciones Inmunitarias 1. ¿Cuáles son los trastornos del sistema inmunológico? Cuando el sistema inmune no funciona correctamente se pueden producir numerosas enfermedades. Las alergias y la hipersensibilidad a determinadas sustancias se consideran trastornos del sistema inmunológico, donde se produce una reacción exagerada a sustancias que habitualmente son inofensivas. Además, el sistema inmune desempeña un papel importante en el proceso de rechazo de tejidos u órganos trasplantados. Existen también los trastornos en los que el sistema inmune ataca los tejidos propios, agrupadas en la autoinmunidad. Entre otros ejemplos de trastornos del sistema inmune se incluyen los siguientes: - Las enfermedades autoinmunológicas, como la diabetes juvenil, la artritis reumatoide y la anemia. - Las enfermedades de inmunodeficiencia, como el síndrome de inmunodeficiencia adquirida (SIDA, su sigla en inglés es AIDS). - Las alergias e hipersensibilidades, como alergias a alimentos, metales o drogas.

2. Grupos Sanguíneos En la membrana de los eritrocitos existen ciertas proteínas llamadas aglutinógenos (antígenos), que permiten clasificar a la sangre según sus características. Los principales sistemas de clasificación son ABO y Rh. Sistema ABO Los aglutinógenos, en este caso, pueden ser de 2 tipos: Aglutinógeno A y Aglutinógeno B. Estas proteínas pueden combinarse tres formas diferentes, o bien estar ausentes, dando origen a los cuatro tipos de grupos sanguíneos. A su vez, en el plasma sanguíneo existen anticuerpos, o moléculas complementarias a los aglutinógenos. Estas moléculas, llamadas aglutininas, son capaces de reconocer al aglutinógeno, uniéndose a él generando una reacción de rechazo o aglutinación. Existen aglutininas de dos tipos: Alfa o anti A y beta o anti B. Al reaccionar con el aglutinógeno específico, producen aglutinación de los glóbulos rojos respectivos, que corresponde a un apilamiento de ellos con la consiguiente formación de grumos, que pueden llegar a obstruir los vasos sanguíneos.

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Las personas de un determinado grupo sanguíneo poseen aglutininas en su plasma opuesta al aglutinógeno presente en las membranas de sus glóbulos rojos (así se evita la autoaglutinación). Éste es un dato importante de tener en cuenta al realizar una transfusión sanguínea. Por ejemplo, una persona del grupo O, cuyos glóbulos rojos no poseen aglutinógenos, podrá tener aglutininas Anti A y Anti B, sin peligro de aglutinación. La situación se resume en el cuadro que aparece a continuación. GRUPO 1 AB 2A 3B 40

AGLUTINÓGENO AGLUTININA (Eritrocito) (Plasma) AyB No tiene A Beta o anti B B Alfa o anti A Ninguno Anti A y Anti B

Sistema Rh Se ha encontrado, además, en la superficie del eritrocito, otras moléculas (antígenos) que constituyen un marcador específico llamado Rh. Cuando existe esta molécula, la sangre es Rh+ y cuando no se encuentra, la sangre es Rh-. Se le denomina Rh debido a que fue descubierto en los glóbulos rojos del Macacus rhesus. Si la sangre es Rh+, no existen anticuerpos anti Rh (moléculas similares a las aglutininas se encuentran en el plasma y reaccionan específicamente con el marcador Rh, provocando aglutinación y lisis de los eritrocitos).

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www.oliverclases.forochile.org Cuando la sangre es Rh-, en condiciones normales el plasma no contiene anticuerpos anti Rh, pero si una persona Rh- recibe una vez sangre Rh+, comenzará a fabricar anticuerpos anti Rh que permanecerá en la sangre. Este sistema adquiere gran importancia en caso de transfusiones y embarazo. Transfusiones Sanguíneas Una transfusión es una inyección endovenosa de sangre de un individuo llamado dador hacia un individuo llamado receptor, entre cuya sangre existe compatibilidad. Para que una transfusión se realice sin riesgos para el receptor, es decir, sin aglutinación de los eritrocitos transfundidos, es necesario saber qué clase de aglutinógeno tiene el dador y qué clase de aglutinina tiene el receptor. En este caso, no interesa la aglutinina del dador, pues se diluye en el plasma del receptor. Eritroblastosis fetal Por último, también en relación al sistema Rh, existe una situación muy particular. Es la de aquellas mujeres que son Rh- y tienen un hijo Rh+. Durante el parto, es posible que algunos glóbulos rojos del primer hijo pasen a través de la placenta, tomando contacto con la sangre de la madre. Esto también se puede producir por el desgarro de tejidos maternos durante el parto. Este hecho se denomina sensibilización. De esta forma, su sistema inmunitario fabrica anticuerpos anti - Rh, lo cual no es problema para el primer hijo, ya que al momento del parto no se han fabricado los anticuerpos anti Rh. Pero si la mujer se embaraza por segunda vez, sus aglutininas anti Rh cruzarán la placenta hacia la sangre fetal. Si el feto es Rh+, se presentara la enfermedad hemolítica del recién nacido o también llamada eritroblastosis fetal. En la actualidad, las madres se tratan de manera profiláctica (preventiva) con pequeñas cantidades de Ig G ávida de anticuerpos anti Rh en el momento del nacimiento del primer niño, de manera que se reduce notablemente el riesgo de sensibilización.

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3. Alergias En algunas personas se da un tipo de reacciones conocidas como alergias o reacciones de hipersensibilidad, en que se reconoce como antígenos a sustancias inofensivas para el organismo, tales como granos de polen, alimentos, esporas, etc. Las moléculas que producen alergia se llaman alergenos. En esta reacción está involucrada la inmunoglobulina E y los mastocitos. Éstos poseen en su citoplasma numerosos gránulos de histamina, que es liberada por los mastocitos frente a los alergenos. A continuación se presenta una de las formas de alergia más comunes que existe: la alergia al polen.

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La exposición previa a los granos de polen hace que las células plasmáticas produzcan IgE específica para el polen. La IgE se combina con receptores en los mastocitos presentes en el recubrimiento de las vías respiratorias superiores. El polen es inhalado. El alérgeno se combina con la IgE en la superficie del mastocito que se ha sensibilizado previamente. El mastocito libera histamina y otras sustancias. La liberación de histamina causa vasodilatación, aumento de la permeabilidad capilar, generándose los síntomas típicos de la rinitis alérgica.

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www.oliverclases.forochile.org 4. Autoinmunidad En una persona sana, los linfocitos reconocen los componentes del organismo y los diferencian de los ajenos (tolerancia). Si este mecanismo falla, los linfocitos sintetizan anticuerpos contra células de los propios tejidos, iniciándose una enfermedad degenerativa, denominada autoinmune. Así, podemos definir autoinmunidad como la insuficiencia o pérdida de los mecanismos responsables de la tolerancia a lo propio, en que se desarrolla una respuesta inmune humoral o celular contra antígenos propios. Algunos ejemplos de enfermedades autoinmunes son: tiroiditis de Hashimoto, anemia perniciosa, miastenia grave, diabetes mellitus insulino dependiente, esclerosis múltiple, artritis reumatoide, lupus eritematoso sistémico, entre otras.

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www.oliverclases.forochile.org 5. Trasplantes El trasplante es un tratamiento médico complejo. Permite que órganos, tejidos o células de una persona puedan reemplazar órganos, tejidos o células enfermos de otra persona. En algunos casos esta acción sirve para salvarle la vida, en otros para mejorar la calidad de vida o ambas cosas. De acuerdo con lo que se trasplanta, es posible clasificar los trasplantes en tres categorías bien definidas, que tienen características y técnicas propias: - Trasplante de células. - Trasplante de tejidos. - Trasplante de órganos. Clasificación de trasplantes A) Por la relación genética entre donante y receptor de un trasplante: Autoinjerto Se trasplanta el tejido de una parte sana del cuerpo a otra dañada de la misma persona. El paciente actúa como donante y receptor a la vez. Se denomina también trasplante autólogo. Isoinjerto El órgano es trasplantado entre individuos genéticamente idénticos. El donante es genéticamente idéntico al receptor. Aloinjerto El órgano es trasplantado entre individuos que no son genéticamente idénticos. Constituyen la mayoría de los trasplantes. El injerto se puede obtener de una persona fallecida, un donante vivo con relación de parentesco o de un donante vivo sin relación de parentesco. Xenoinjerto En este caso el órgano utilizado procede de un donante de otra especie diferente a la del receptor. Rechazo a los trasplantes El rechazo a los trasplantes es una respuesta inmune, muestra especificidad. El segundo conjunto de respuestas es enérgica, está mediada por linfocitos y se forman anticuerpos específicos contra el injerto.

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www.oliverclases.forochile.org En cada especie de vertebrados hay un complejo mayor de histocompatibilidad (CMH) responsable de provocar las reacciones las reacciones más intensas contra el injerto. Los antígenos CMH de los progenitores se expresan en forma codominante en las superficies celulares. Mecanismos de rechazo del injerto - Los anticuerpos preformados causan rechazo hiperagudo (en cosa de minutos). Los linfocitos T citotóxicos desempeñan un papel importante en el rechazo agudo de las respuestas primarias. - La intensidad del rechazo al aloinjerto se debe a la cantidad sorprendentemente alta de células que derivan de linfocitos T que reconocen el CMH y péptidos propios. - El rechazo tardío agudo de injertos de órganos a partir de los 11 días es causado por la fijación de inmunoglobulinas y complemento a los vasos del injerto. - Los rechazos insidioso y tardío se pueden deber al depósito de complejos inmunes o al superarse la inmunosupresión.

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www.oliverclases.forochile.org Capitulo IX. Fisiología De La Contracción Muscular 1. Efectores El sistema nervioso es capaz de elaborar respuestas frente a los cambios ambientales. Estas respuestas son ejecutadas por estructuras especializadas llamadas efectores. Las células de los efectores son también células excitables que, ante la llegada de un potencial de acción por la neurona motora, recibirán los efectos de una sinapsis química. Los órganos efectores son: músculos y glándulas. Músculos El tejido muscular que constituye entre el 40 a 50 por ciento del peso total del cuerpo cumple con las siguientes funciones: 1. Movimientos (reflejos y voluntarios). 2. Mantención de la postura corporal. 3. Producción de calor. 4. Generación de fuerza. Características de los Músculos Para cumplir con estas funciones, la célula muscular cuenta con las siguientes características: Excitabilidad Capacidad del tejido muscular de responder a los estímulos. Contractilidad Capacidad del tejido muscular de generar de manera activa fuerza que pueda contraer a la fibra, cuando el estímulo es suficiente (cambian su longitud). Extensibilidad Capacidad del tejido muscular para extenderse. Muchos tejidos esqueléticos están dispuestos en pares opuestos, uno se contrae mientras el otro se relaja. Elasticidad Capacidad del tejido muscular para regresar a su forma original después de la contracción y la extensión.

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www.oliverclases.forochile.org Tipos de Músculos Musculatura esquelética Musculatura lisa Musculatura cardíaca Formada por células Formada por células Formada por células alargadas y cilíndricas alargadas y fusiformes, con musculares ramificadas con polinucleadas. núcleo único. uno o dos núcleos.

Cada célula formada por Miofibrillas constituidas por filamentos de Actinomiosina Miofibrillas dispuestas Miofibrillas dispuestas a lo Miofibrillas dispuestas transversalmente en forma largo de toda la extensión de la forma transversal. de discos claros y oscuros. célula.

en

Inervación controlada por el Inervación controlada por el Inervación controlada por el sistema nervioso central. sistema nervioso autónomo. sistema nervioso autónomo. (voluntario) Musculatura de contracción Musculatura de acción Musculatura de contracción prolongada y de intensidad rápida y de corta duración. lenta y de larga duración. máxima.

2. El Músculo Esquelético Para comprender mejor el funcionamiento muscular, estudiaremos al músculo esquelético o voluntario. El músculo esquelético está formado por fibras musculares (células), cubiertas por un sarcolema (membrana plasmática). Estas fibras contienen sarcoplasma (citoplasma), núcleos, retículo sarcoplásmico (retículo endoplasmático liso) y túbulos transversos. Estos túbulos transversos (túbulos – T) corresponden a una invaginación del sarcolema (membrana celular) que se acerca al retículo sarcoplásmico.

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Cada una de estas fibras contiene miofibrillas que consisten en miofilamentos delgados y gruesos. Estos miofilamentos están ordenados en compartimentos llamados sarcómeros, dentro de los cuales se encuentran miofilamentos delgados formados de actina (que presenta sitios de unión para miosina), troponina (que presenta sitios de unió para calcio), tropomiosina, y miofilamentos gruesos formados principalmente por miosina (que presenta sitios de unión para actina y sitios de unión para ATP).

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www.oliverclases.forochile.org 3. Fisiología de la Contracción Muscular Biofísica de la contracción muscular Existe una interdigitación entre los filamentos de actina y miosina a modo de puentes cruzados. Este dispositivo actuaría como cremallera, en el cual los puentes, al ir cambiando de sitio en sitio, impulsarían las moléculas de actina. Para que se produzca la contracción muscular es necesario que el potencial de acción penetre profundamente al músculo, la cual se efectúa a través de los túbulos T y del retículo sarcoplásmico. Estos túbulos T penetran a través de las fibras musculares, cruzando las miofibrillas justamente en aquellos puntos en que los filamentos de actina y miosina se entrecruzan. En un músculo en reposo, los miofilamentos de actina y miosina no están conectados. Esto se debe a que, a lo largo de la actina, existen proteínas globulares, llamadas troponina y tropomiosina que bloquean la unión con los filamentos de miosina. La troponina presenta gran afinidad con los iones calcio.

La concentración de iones calcio intracelular, es muy escasa a nivel de citosol, ya que el calcio se encuentra almacenado dentro del retículo sarcoplásmico. Cada vez que el potencial de acción, difunde a través de los túbulos T, se liberan iones calcio desde el retículo sarcoplásmico hacia las vecindades de las miofibrillas.

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www.oliverclases.forochile.org Los iones calcio se combinarían directa y fuertemente con la troponina, la cual cambia la disposición de la tropomiosina de tal forma que se despejan los sitios de unión para los filamentos de miosina. Esta forma de miosina activada actuaría como una ATP-asa, proporcionando el ATP la energía de propulsión. Una vez que actina y miosina se unen específicamente el ATP permite el movimiento de pivote que genera el movimiento de la contracción. La contracción muscular requiere tanto ATP que las células musculares no pueden disponer del suficiente. En el músculo en reposo, el poder fosforilante del ATP se almacena en forma de otro compuesto de alta energía llamando Creatinfosfato o Fosfocreatina.

Cuando se necesita, los grupos fosfatos del creatinfosfato de transfieren de vuelta al ADP. La enzima implicada en esta reacción reversible es la creatinfosfoquinasa (CPK). El Creatinfosfato provee de grupos fosfatos ricos en energía para transformar el ADP en ATP. Si la reserva de ATP en una célula es alta, el equilibrio de la reacción se dirige de tal manera que el grupo fosfato pasa del ATP a la Creatina. Si la reserva de ATP disminuye, el equilibrio se dirige en la dirección contraria, pasando los grupos fosfatos del Creatinfosfato al ADP.

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Unidad Motora y la Unión Neuromuscular La unidad funcional de los músculos de los vertebrados es la unidad motora, la que está formada por una sola neurona y el grupo de células musculares inervadas por su axón, las cuales se contraerán cuando se transmita por la neurona motora. El punto de contacto de la neurona motora con el músculo se denomina placa motora. En tanto unión neuromuscular es el nombre se refiere a una terminal del axón de una neurona motora y a la porción de una fibra muscular del sarcolema que está en posición de aproximación cercana. Si una unidad motora es aislada y estimulada con breves descargas eléctricas de creciente intensidad, no habrá respuesta hasta que se alcance cierta intensidad umbral (Ley del Todo o Nada). En contraste, el músculo entero, compuesto de muchas unidades motoras individuales, puede responder en forma graduada según el número de unidades motoras que se contraen en un determinado tiempo. La fuerza con que se contrae un músculo depende de:

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www.oliverclases.forochile.org a) El número de unidades motoras b) La contracción simultánea de las unidades motoras.

que

se

contraen.

Fisiología de la placa motora La placa motora determina la estimulación de la célula muscular. Cuando un potencial de acción viaja por la motoneurona, al llegar al lugar de sinapsis provoca la liberación de acetil colina, que es el neurotransmisor de la placa motora. La acetilcolina es capaz de despolarizar la célula muscular con lo que se genera un potencial de acción que viaja por el sarcolema. Este potencial tiene un comportamiento particular en los túbulos T, donde se introduce. Una vez que este potencial viaja por el túbulo T, en la parte más profunda toma contacto con el retículo sarcoplásmico, lo que genera liberación de calcio hacia el citoplasma. Recordemos que el citoplasma es el lugar donde se encuentra el aparato proteico de la contracción y que la acción del calcio consiste en permitir el acoplamiento entre actina y miosina lo que llevará al acortamiento del sarcómero. Para la relajación muscular se necesita que el calcio retorne al retículo, para lo cual existe una bomba de calcio en la membrana de este organelo. Para este retorno se gasta ATP, por lo que la relajación es también un proceso activo.

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Conceptos relacionados con la contracción muscular Deuda de oxígeno El concepto de deuda de oxígeno se refiere al hecho de que en el caso de un ejercicio físico intenso se consume la reserva de oxígeno rápidamente y la mayor parte del ejercicio se realiza anaeróbicamente (sin oxígeno), momento en el cual comienza a generarse la deuda. Esto determina la acumulación de ácido láctico, que luego del ejercicio debe ser retirado, lo que se realiza por la acción del oxígeno, que es el momento en que se paga la deuda. Calambre El calambre es una contracción exagerada, repentina y dolorosa que se debe a un cambio de pH de la célula muscular producto de la acumulación de ácido láctico. El pH ácido determina que la interacción actina miosina sea anormal y exagerada, lo que genera el calambre. Rigor mortis Luego de la muerte se produce lentamente el consumo de ATP, hasta el punto de agotarse, lo que determina que se produzca un acoplamiento anormal de actina y miosina. Este desaparece posteriormente producto de la degradación de las proteínas contráctiles.

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www.oliverclases.forochile.org Capitulo X. Homeostasis 1. Homeostasis y Control Neuroendocrino Sistemas de Integración El sistema nervioso es uno de los dos sistemas de integración en los organismos superiores. Junto al sistema endocrino, se encarga de coordinar la función del resto de los sistemas en el organismo pluricelular, de tal forma que se mantiene la homeostasis. Ambos sistemas transmiten información entre las distintas partes del cuerpo, de manera de mantenerlas integradas. La forma en que lo hace cada uno es distinta. Homeostasis El sistema nervioso y endocrino son piezas básicas de la adaptación del organismo a las alteraciones del ambiente interno y externo. Estos sistemas mantienen el medio interno estable a pesar de las variaciones en las entradas o salidas de sustratos, minerales, agua, moléculas ambientales, calor y otros factores. El organismo funciona de manera eficaz debido, en parte, a que mecanismos de control muy precisos conservan la homeostasis. Para que el organismo sobreviva y funcione, la composición de los líquidos que bañan las células debe ser regulada de manera cuidadosa. La homeostasis es un concepto básico en fisiología. El término homeostasis proviene del griego homios, “lo mismo” y stasis, “permanencia”. En realidad, el ambiente interno nunca permanece sin cambio. La homeostasis es constantemente “amenazada” por factores estresantes, cambios en el ambiente interno o externo que afectan las condiciones normales del cuerpo. Los mecanismos homeostáticos actúan de manera continua para controlar el estrés, y mantienen el ambiente interno dentro de los límites fisiológicos que permiten la vida. Todos los aparatos y sistemas participan en estos mecanismos reguladores, pero la mayor parte de ellos están controlados por los sistemas endocrino y nervioso. Los mecanismos homeostáticos, básicamente, son sistemas de retroalimentación. En esencia, estos sistemas consisten en un ciclo de acontecimientos en el cual se envía a una parte anterior del sistema información acerca de un cambio, de modo que el regulador puede controlar el proceso. Los mecanismos homeostáticos se pueden ejemplificar con los procesos de regulación de la temperatura. El estado homeotermo depende del balance entre la producción y pérdida de calor.

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La homeostasis térmica se puede perder por una alteración en los mecanismos que producen calor.

El ser humano es un animal homeotermo que, en condiciones fisiológicas normales, mantiene una temperatura corporal constante y dentro de límites muy estrechos, entre 36,6 +/- 0,38ºC, a pesar de las amplias oscilaciones de la temperatura ambiental. Esta constante biológica se mantiene gracias a un equilibrio existente entre la producción de calor y las pérdidas del mismo y no tiene una cifra exacta. Existen variaciones individuales y puede experimentar cambios en relación al ejercicio, al ciclo menstrual, a los patrones de sueño y a la temperatura del medioambiente El mantenimiento de una temperatura corporal dentro de los límites anteriormente expuestos sólo es posible por la capacidad que tiene el cuerpo para poner en marcha una serie de mecanismos que favorecen el equilibrio entre los que facilitan la producción de calor y los que consiguen la pérdida del mismo. Estos mecanismos se exponen a continuación. Los mecanismos homeostáticos que se ponen en marcha determinan volver a la temperatura normal, acciones en las que participa el hipotálamo. Si el objetivo es disminuir la temperatura para volver al nivel de normalidad, se colocan en marcha mecanismos nerviosos y hormonales para lograr dicho propósito.

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www.oliverclases.forochile.org Por ejemplo, el hipotálamo es capaz de aumentar la producción de calor a través de mecanismos hormonales. En este plano se encuentra la influencia que el hipotálamo puede ejercer sobre la tiroides a través de hormonas de la hipófisis y que son capaces de aumentar la liberación de hormonas tiroideas que tienen un efecto calorigénico, aumentando el metabolismo. Mecanismos de Producción de calor Las principales fuentes de producción basal del calor son a través de la termogénesis tiroidea y la acción de la bomba de sodio de todas las membranas corporales. La ingesta alimentaria incrementa el metabolismo oxidativo que se produce en condiciones basales. Estos mecanismos son obligados en parte, es decir, actúan con independencia de la temperatura ambiental, pero en determinadas circunstancias pueden actuar a demanda si las condiciones externas así lo exigen. La actividad de la musculatura esquelética tiene también una gran importancia en el aumento de la producción de calor. La cantidad de calor producida puede variar según las necesidades. Cuando está en reposo contribuye con un 20%, pero durante el ejercicio esta cifra puede verse incrementada hasta 10 veces más. El escalofrío es el mecanismo más importante para la producción de calor. El metabolismo muscular aumenta la producción de calor en un 50% incluso antes de iniciarse el escalofrío, pero cuando éste alcanza su intensidad máxima la producción corporal de calor puede aumentar hasta 5 veces lo normal. Otro mecanismo de producción de calor es el debido al aumento del metabolismo celular por efecto de la noradrenalina y la estimulación simpática. Este mecanismo parece ser proporcional a la cantidad de grasa parda que existe en los tejidos. El adipocito de la grasa parda, que posee una rica inervación simpática, puede ser activado por los estímulos procedentes del hipotálamo y transmitidos por vía simpática con producción de noradrenalina, la cual aumenta la producción de AMP-cíclico, que a su vez activa una lipasa que desdobla los triglicéridos en glicerol y ácidos grasos libres. Estos pueden volver a sintetizar glicéridos o bien ser oxidados con producción de calor. Este mecanismo, que tiene una importancia relativa en el adulto por su escasa cantidad de grasa parda, no es así en los recién nacidos y lactantes donde tiene una importancia capital, ya que la grasa parda puede llegar a suponer hasta un 6% de su peso corporal y son incapaces de desarrollar escalofríos o adoptar una postura protectora ante el frío. El calor absorbido por la ingesta de alimentos y bebidas calientes también puede producir un mínimo aumento de calor, lo mismo que las radiaciones captadas por el cuerpo y procedentes fundamentalmente del sol (ultravioletas) o de lugares próximos (infrarrojos). Mecanismos de Pérdida de Calor El calor del cuerpo se pierde por radiación, convección, conducción y evaporación:

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www.oliverclases.forochile.org Radiación La pérdida de calor por radiación significa pérdida de calor en forma de rayos infrarrojos, que son ondas electromagnéticas. Es decir, existe un intercambio de energía electromagnética entre el cuerpo y el medio ambiente u objetos más fríos y situados a distancia. La cantidad de radiación emitida varía en relación al gradiente que se establece entre el cuerpo y el medioambiente. Hasta el 60% de la pérdida de calor corporal puede tener lugar por este mecanismo. Convección Es la transferencia de calor desde el cuerpo hasta las partículas de aire o agua que entran en contacto con él. Estas partículas se calientan al entrar en contacto con la superficie corporal y posteriormente, cuando la abandonan, su lugar es ocupado por otras más frías que a su vez son calentadas y así sucesivamente. La pérdida de calor es proporcional a la superficie expuesta y puede llegar a suponer una pérdida de hasta el 12%. Conducción Es la pérdida de pequeñas cantidades de calor corporal al entrar en contacto directo la superficie del cuerpo con otros objetos más fríos como una silla, el suelo, una cama, etc. Cuando una persona desnuda se sienta por primera vez en una silla, se produce inmediatamente una rápida conducción de calor desde el cuerpo a la silla, pero a los pocos minutos la temperatura de la silla se ha elevado hasta ser casi igual a la temperatura del cuerpo, con lo cual deja de absorber calor y se convierte a su vez en un aislante que evita la pérdida ulterior de calor. Habitualmente, por este mecanismo, se puede llegar a una pérdida de calor corporal del 3%. Sin embargo, este mecanismo adquiere gran importancia cuando se produce una inmersión en agua fría, dado que la pérdida de calor por conductividad en este medio es 32 veces superior a la del aire. Evaporación Es la pérdida de calor por evaporación de agua. En los datos establecidos anteriormente acerca de la radiación, convección y conducción, observamos que mientras la temperatura del cuerpo es mayor que la que tiene el medio vecino se produce pérdida de calor por estos mecanismos. Pero cuando la temperatura del medio es mayor que la de la superficie corporal, en lugar de perder calor el cuerpo lo gana por radiación, convección y conducción procedente del medio vecino. En tales circunstancias, el único medio por el cual el cuerpo puede perder calor es la evaporación, llegando entonces a perderse más del 20% del calor corporal por este mecanismo. Cuando existe una sudoración profusa puede llegar a perderse más de un litro de agua cada hora. El grado de humedad del aire influye en la pérdida de calor por sudoración y cuanto mayor sea la humedad del medio ambiente menor cantidad de calor podrá ser eliminada por este mecanismo.

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Regulación de la Temperatura

Nefrón Cada riñón está formado por un poco más de un millón de nefrones. Cada uno de los cuales es capaz de formar orina. Por ello se puede entender la función renal, examinando la función del nefrón. El nefrón está formado principalmente por dos partes: un glomérulo donde ocurre la filtración del plasma y un largo túbulo en el cual el líquido filtrado es transformado en orina.

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La función básica del nefrón es limpiar, clarificar la sangre de sustancias potencialmente tóxicas si se acumulan o que pueden alterar el equilibrio hidrosalino. Es función del nefrón eliminar los excesos.

2. Función Renal Filtración glomerular Una presión sanguínea elevada es requerida por el riñón para mantener la fuerza que impulsa la filtración a través del glomérulo. La presión alta se logra por varias condiciones. Una, es el hecho de que la arteria renal es un vaso corto y recto, lo que determina que se pierda poca presión por roce conservándose para impulsar la filtración. Otra, es que el diámetro de la arteriola eferente es menor que el diámetro de la arteriola aferente, con lo cual se genera una “congestión” que aumenta la presión en los capilares glomerulares. Las sustancias que experimentan filtración son capaces de atravesar los poros de los capilares glomerulares, es decir, son de tamaño pequeño, tales como agua, elementos minerales, glucosa, aminoácidos, urea, etc. No filtran las proteínas plasmáticas, que son de mayor tamaño molecular.

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www.oliverclases.forochile.org Reabsorción tubular La reabsorción tubular es un proceso de recuperación de sustancias. Por ejemplo, la glucosa es una sustancia que aún es capaz de proporcionar energía, por tanto, es recuperada. Esto se produce en el tubo proximal en un 100%, ya que la eliminación de glucosa en una persona normal es cero. Por otra parte, el agua es una sustancia que filtra diariamente en una cantidad de 180 litros. Sin embargo, diariamente a través de la orina se pierde de 1,5 a 2,0 litros. Por tanto, se recupera el 99% del agua filtrada, de lo contrario la deshidratación sería severa. La reabsorción también es de urea. A pesar de que es un desecho, la urea es una sustancia liposoluble y, a medida que el filtrado avanza por el sistema de túbulos del nefrón, se concentra por pérdida de agua. Con ello la concentración de urea aumenta, o sea, aumenta el gradiente de concentración para esta sustancia y se reabsorbe, cerca de un 50%. La urea tiene poder osmótico, por lo que su reabsorción arrastra agua. Secreción tubular A lo largo del túbulo renal se secretan pequeñas cantidades de solutos, como K+, H+, ácidos y bases orgánicas. La secreción de H+ contribuye a la regulación del equilibrio ácido base.

Formación de Orina

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www.oliverclases.forochile.org Reabsorción tubular La mayor parte de la reabsorción ocurre en el tubo proximal. Por ejemplo, en el caso de la glucosa el 100% ocurre a este nivel. Se trata de un cotransporte con sodio. A este respecto se puede definir un umbral renal, concepto que se refiere a la máxima capacidad que tiene el nefrón para reabsorber una sustancia de acuerdo a su concentración plasmática. En el caso de la glucosa, este umbral corresponde a 180 mg de glucosa por 100 ml de sangre. En el caso de que este valor no supere la totalidad de la glucosa, es reabsorbida. Los diabéticos presentan una hiperglicemia que hace que este valor sea ampliamente superado. En tal caso, comienza a aparecer glucosa en la orina (glucosuria).

No todas las sustancias se recuperan en un 100%, como la glucosa. Por ejemplo, el sodio se recupera en un 99%, lo que determina que una mínima cantidad se pierda por la orina. Lo que sí es cierto es que el mayor porcentaje se recupera en el tubo proximal (67%)

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Reabsorción de agua La reabsorción de agua a nivel renal es una de las funciones más importantes que desarrollan los animales terrestres. En un día filtran 180 litros de agua aproximadamente, de los cuales se pierden 1 a 1,5 litros, evitando que se produzca una deshidratación por vía renal. El nefrón presenta tres porciones que son impermeables al agua: la rama ascendente del asa de Henle, el tubo distal y el tubo colector, con la diferencia de que esta última porción se vuelve permeable bajo la acción de la ADH (hormona antidiurética). Esta hormona actúa bajo determinadas circunstancias. La disminución de agua en el plasma eleva su osmolaridad, lo que induce la liberación de ADH. La ADH, a su vez, provoca retención de agua por el riñón y un aumento de la osmolaridad urinaria (concentración de la orina), con la consecuente disminución de la osmolaridad plasmática hasta la normalidad. En el caso de una ingestión exagerada de agua la osmolaridad plasmática disminuye, con lo que se suprime la liberación de ADH, lo que aumenta la excreción de agua y eleva la osmolaridad plasmática hasta cifras de normalidad. De esta forma, agua y ADH forman un circuito de retroalimentación negativa, que mantiene estable el agua corporal total.

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La deficiencia de ADH, conocida como diabetes insípida, se caracteriza por un exceso del volumen urinario, que puede llegar a 500 a 1000 ml por hora, lo que obliga a su vez a ingerir grandes volúmenes de agua por el exceso de sed que se genera (polidipsia). La secreción tubular renal es importante en el marco de la regulación del pH y del volumen de los líquidos corporales. El pH de los líquidos corporales se mantiene dentro de límites muy estrechos gracias a la función coordinada de los pulmones y riñones. Los ácidos volátiles, derivados del CO2, y los no volátiles deben ser excretados para que se mantenga el equilibrio ácido base. Los pulmones son la vía de excreción de los ácidos volátiles y los riñones de los no volátiles (aquellos que ingresan por la dieta y los que genera el metabolismo). Los riñones mantienen el equilibrio ácido básico al excretar una cantidad de ácido igual a la cantidad de ácidos no volátiles producidos e ingeridos. Los riñones evitan también la pérdida de bicarbonato (HCO3-) por la orina al reabsorber todo el bicarbonato filtrado por el glomérulo. Tanto la reabsorción de bicarbonato filtrado como la excreción de ácido, se logran mediante la secreción de H+ por el nefrón.

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www.oliverclases.forochile.org Capitulo XI. Especiación 1. El proceso de la evolución En las clases anteriores la idea fue abordar las pruebas empíricas otorgadas por diferentes disciplinas científicas y explicar las teorías evolutivas más ampliamente desarrolladas. Tomando como referente la teoría sintética de la evolución, es preciso ahora ahondar en el mecanismo que actualmente explica el origen de las especies a través de la evolución orgánica. El proceso evolutivo se presenta en dos dimensiones: la evolución filética y la especiación. La evolución filética consiste en cambios graduales que se producen en el tiempo, en una sola línea de descendencia. La especiación, en cambio, se produce cuando se divide en dos o más una línea de descendencia. El conjunto de ambos procesos permite explicar la enorme variedad de seres vivos que habitan en el planeta. Para poder explicar tales procesos, es preciso aclarar el significado del concepto de especie biológica.

2. Especie biológica El concepto de especie se refiere a un grupo de poblaciones naturales que se cruzan entre sí y se hallan aisladas reproductivamente de los demás grupos. La especie se considera una unidad evolutiva discreta e independiente, ya que puede intercambiar alelos entres sus poblaciones; pero no puede transferirlos a individuos de otras especies. Esta unidad evolutiva comparte un acervo común de genes, de manera que la característica hereditaria de cualquier integrante de la especie se puede transmitir parcialmente a otro individuo de la siguiente generación, en cualquier lugar de su distribución. Si dos poblaciones de la misma especie dejan de aparearse, darán lugar a variedades, razas, subespecies y, por último, a especies distintas. Todo esto acontece en un largo proceso evolutivo de millones de años, lo que constituye la base de la especiación. Las especies no son unidades estáticas, son etapas de un proceso de cambios continuos, potencialmente infinitos. La evolución tiene como producto la formación de nuevas especies, que surgen en la naturaleza y que se pueden producir potencialmente en la actualidad en forma artificial con técnicas de Biología Molecular.

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3. Mecanismos de especiación La especiación se inicia con una primera etapa en la que se produce el aislamiento reproductivo, con la consiguiente interrupción del flujo génico; en una segunda etapa, en la cual el aislamiento reproductivo se completa, ocurre la divergencia genética y la incompatibilidad reproductiva favorecida por la selección natural.

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www.oliverclases.forochile.org Especiación geográfica o alopátrida La especiación alopátrida se produce cuando una población de similar constitución genética, que habita un área extensa, se separa por accidentes geográficos, como ríos, mares, montañas o desiertos. Esta separación podría conducir ala formación de razas geográficas, de las cuales surgirían nuevas especies. La especiación geográfica se produce en dos etapas. En la primera etapa, las dos poblaciones se aíslan geográficamente y entre ellas no hay intercambio genético. En estos grupos surge una divergencia genética que será fundamental para la especiación. La segunda etapa se produce cuando se originan cruzamientos entre los miembros de ambas poblaciones, tras haber reanudado el contacto. El producto que se obtiene está constituido por individuos estériles o inviables. En estas condiciones ya se han producido mecanismos de aislamiento reproductivo entre ambas poblaciones, de manera que los grupos pueden coexistir en el mismo territorio sin intercambiar genes, evolucionando independientemente.

Especiación simpátrida Se produce por cambios genéticos en poblaciones que habitan la misma región geográfica, pero que, pese a vivir juntas, divergen hacia especies plenas, debido a que surgen mecanismos de aislamiento reproductivo que hacen posible su especiación. La formación de una especie ocurre sin que se establezca previamente una barrera geográfica entre poblaciones, a diferencia de lo que ocurre en la especiación alopátrida. Si

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www.oliverclases.forochile.org ocurre o no la especiación simpátrida, es un tema controvertido, aunque hay algunas pruebas empíricas y algunos modelos que parecen corroborar su realidad. Se supone que se debe dar por la especialización ecológica cuando en una población se producen simultáneamente presiones selectivas en direcciones diferentes, por ejemplo cuando una especie parásita empieza a hacer uso de un nuevo huésped en presencia del primitivo. En la especiación simpátrida se desarrollan dos especies en la misma área geográfica que la especie progenitora.

Especiación parapátrida o por poliploidía Se produce por el aumento en el número de cromosomas de un individuo que integra la población. Este es incapaz de reproducirse con los individuos normales y sólo puede hacerlo con aquellos que tengan su misma ploidía, situación que se da con mayor frecuencia en los animales y vegetales más simples. Es muy importante en la evolución a causa de que están involucradas en el origen, prácticamente instantáneo, de muchas especies. Consisten en la multiplicación del conjunto total de cromosomas. Los humanos, al igual que muchos otros organismos, tenemos una dotación diploide de cromosomas (2n), es decir tenemos dos conjuntos enteros de cromosomas homólogos, pero los organismos poliploides tienen más de dos. Pueden ser tetraploides (4n), hexaploides (6n), octaploides (8n), etc. La forma más común son los 4n, pero en plantas pueden existir especies con números impares de conjuntos cromosómicos; las cuales son estériles, pero pueden vivir por reproducción asexual, frecuentemente con la ayuda del hombre (por ejemplo, el plátano que es triploide). Aproximadamente el 47% angiospermas (plantas con flores) y el 95% de los helechos son poliploides. Muchas de las plantas cultivadas por el hombre también lo son: plátano (3n),

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www.oliverclases.forochile.org papa (4n), trigo (6n). Varias de las especies del género Primula se han originado por poliploidía a partir de Primula floribunda.

4. Mecanismos de aislamiento reproductivo El mecanismo de aislamiento reproductivo es fundamental para producir la divergencia genética entre las poblaciones. En el modelo de especiación alopátrida el aislamiento reproductivo se inicia después de la separación geográfica de las poblaciones naturales; en el modelo simpátrido, la especiación se inicia con una primera etapa en la que se produce el aislamiento reproductivo. Este aislamiento se debe a la divergencia genética entre las poblaciones, que produce la interrupción del flujo génico ente los individuos. Posteriormente, el aislamiento se completa al ser favorecido por la selección natural. Como producto del aislamiento reproductivo se establecen barreras biológicas previas a la formación del cigoto, los llamados mecanismos de aislamiento precigóticos, o bien, mecanismos postcigóticos, es decir, posteriores a la formación del cigoto.

Mecanismos de aislamiento precigóticos: Aquellos que impiden el apareamiento entre miembros de distintas poblaciones y evitan la formación de una descendencia híbrida.

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Aislamiento ecológico

Se produce cuando las poblaciones ocupan el mismo territorio, pero sus hábitats son distintos, por lo que no están en contacto. Un ejemplo de aislamiento ecológico se observa en las especies del género Ceanothus de California. Algunos de los arbustos representantes de este género se encuentran en un tipo particular de suelo. Otros, con mayor rango de tolerancia, habitan suelos con condiciones más adversas.

Aislamiento etológico

Se da cuando la atracción sexual entre machos y hembras es débil o no se produce. Los destellos de las luciérnagas, el colorido del pavo real, el canto de los pájaros o el croar de las ranas constituyen señales o rituales específicos de apareamiento. Es un mecanismo muy fuerte de especiación en poblaciones simpátridas.

Aislamiento temporal

Se produce cuando el apareamiento de los animales o la floración de las plantas ocurren en estaciones distintas o bien en distintos momentos del día. Por ejemplo, la mayoría de los mamíferos cuentan con épocas de celo bien definidas, controladas por la temperatura o duración de la luz.

Aislamiento mecánico

Se produce cuando la estructura lo que impide la copulación en los de polen en los vegetales. Un especialización en la estructura de y aroma las hacen atractivas polinizadoras y a otras no.

Aislamiento gamético

Se produce cuando los gametos no son compatibles. Generalmente este aislamiento se establece por inviabilidad de los espermios en el tracto femenino de los animales o bien porque el polen no es reconocido en el estigma de las flores. El aislamiento gamético es muy importante en animales marinos que liberan sus óvulos y espermios en el agua, produciéndose la fecundación en el medio externo. En este caso, las sustancias químicas, conocidas como feromonas, cumplen un rol muy importante, tanto en la sincronía de la ovulación por parte de la hembra y la liberación de espermios por parte del macho como en el reconocimiento específico de éstos.

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reproductiva es diferente, animales o la transferencia ejemplo lo constituye la la flor; su color, forma a determinadas especies



www.oliverclases.forochile.org Mecanismos de aislamiento poscigóticos: Se producen después de la formación del cigoto híbrido interespecífico, debido a incompatibilidades anatómicas o fisiológicas que reducen la viabilidad o fertilidad de la descendencia híbrida.

Inviabilidad los híbridos

Se produce cuando los cigotos híbridos no llegan a desarrollarse o bien no alcanzarla madurez sexual. Por ejemplo, Moore realizó cruzamientos entre 12 especies del género Rana: en algunos de cruzamientos no se produjo segmentación; en otros se llegó al estado de blástula, pero no a la gastrulación. Otro ejemplo de este tipo de aislamiento se produce en el cruzamiento de carnero y cabra; hay fecundación, pero los embriones mueren en las primeras etapas del desarrollo embrionario.

Esterilidad los híbridos

Se da cuando los individuos híbridos son incapaces de producir gametos funcionales. La esterilidad se produce de por alteraciones cromosómicas en el proceso de formación de las células germinales o por la interacción entre el citoplasma de una procedencia y los gametos de otra. Un ejemplo clásico de este tipo de aislamiento es la mula, un híbrido estéril.

Se produce cuando la descendencia de los híbridos presenta Degradación de fertilidad o viabilidad reducida. En vegetales se conoce un gran número de casos de degradación de los híbridos. En los híbridos diferentes especies de algodón, por ejemplo, los descendientes de F1 son fértiles, pero los híbridos F2 mueren.

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www.oliverclases.forochile.org Capitulo XII. Receptores 1. Receptores El sistema nervioso se puede considerar como un complejo de diferentes subsistemas con distintas funciones. Sin embargo, estos subsistemas interactúan entre sí y su actividad provoca una respuesta unificada. Algunos de los subsistemas nerviosos están relacionados con las funciones sensoriales. Los sistemas sensoriales se activan por medio de receptores sensoriales, que responden a distintos estímulos mediante un proceso de transducción sensorial. Los receptores sensoriales ofrecen la información sensorial de estos estímulos al sistema nervioso central. En su sentido más amplio, las sensaciones son el conocimiento consciente o subconsciente de estímulos internos o externos. La naturaleza de las sensaciones y el tipo de reacción generada varían según el destino final que los impulsos nerviosos tengan en el SNC. Conceptos relacionados con la fisiología de los receptores Campos receptivos Corresponden a las áreas que al ser estimuladas activan los receptores. Transducción Se refiere al proceso por el cual los receptores responden adecuadamente a un estímulo para generar una respuesta, transformando una forma de energía (la del estímulo) en otra forma diferente (la del potencial de acción). Adaptación Se refiere a la capacidad de los receptores de dejar de descargar potenciales ante un estímulo prolongado, con lo cual cambia la percepción del estímulo. Especificidad Es la capacidad de los receptores para responder mejor a un tipo de estímulo. Visión Es uno de los sentidos más complejos del ser humano y sus receptores se encuentran en el globo ocular.

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www.oliverclases.forochile.org 2. Globo ocular El globo ocular es una cámara esférica similar a una cámara fotográfica con un sistema de lentes, un diafragma y una lámina fotosensible. El ojo es capaz de captar los estímulos luminosos ambientales y llevarlos en forma de potenciales de acción hasta el cerebro, donde se forma la imagen. El ojo se ubica en la fosa orbitaria de la cara, la cual lo protege de eventuales traumatismos. También lo cubren 2 pliegues de piel y músculo: los párpados. Los párpados tienen insertas las pestañas, las que permiten atrapar partículas pequeñas que intenten ingresar al ojo. La cara interna de los párpados y la superficie anterior del globo ocular se encuentran revestidas por una membrana transparente protectora llamada conjuntiva.

3. Capas del ojo Presenta 3 capas concéntricas que serán descritas desde la más externa a la más interna:

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www.oliverclases.forochile.org La córnea es una estructura dura y transparente, que ocupa el sexto anterior del ojo. La córnea está en continuidad con la esclerótica que es dura, blanca y opaca. La esclerótica es una capa fibrosa formada por tejido conjuntivo denso. La esclerótica rodea las dos túnicas más internas, excepto en la zona que la perfora el nervio óptico. La coroides tiene un intenso color pardo oscuro debido a la presencia de vasos sanguíneos y melanina. El pigmento (melanina) absorbe la luz reflejada y dispersada para reducir al mínimo el brillo dentro del ojo. La coroides se continúa hacia la parte anterior para formar el cuerpo ciliar y el iris. El cuerpo ciliar posee el músculo ciliar que participa en el proceso de acomodación del cristalino para visión lejana y cercana. El iris es un diafragma de músculo liso que controla la cantidad de luz que ingresa al ojo.

La retina es una capa fina y delicada que tiene dos componentes: la retina nerviosa, que es la capa que tiene a los receptores fotosensibles y redes neuronales complejas, y el epitelio pigmentado de la retina, que contiene células con melanina.

Estructuralmente el ojo está dividido por el cristalino en dos grandes compartimentos. Delante de él tenemos el compartimiento anterior que se encuentra lleno del líquido, llamado humor acuoso por ser poco denso y transparente. Detrás del cristalino se encuentra el compartimiento posterior, ocupado por un líquido más denso, también transparente, llamado humor vítreo.

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www.oliverclases.forochile.org La retina es histológicamente muy compleja, pues está formada por 10 capas celulares, de las cuales una, la más externa, que se encuentra en contacto con la coroides, es la que contiene los fotorreceptores. Estos receptores hacen contacto con neuronas de la misma retina, las que llevarán la información óptica a través de la vía visual hacia la corteza occipital cerebral.

La retina contiene a las células fotosensibles, conos y bastones, que son las células responsables de captar el estímulo luminoso y transformarlo en un potencial de acción que se traducirá, a nivel de la corteza cerebral, en una imagen determinada. Los bastones son las células de la retina especializados en la percepción de la luz tenue. Su número es entre 100 a 120 millones, mientras que los conos son aproximadamente 6 millones. Los conos están especializados en la detección de luz brillante y visión de colores. La distribución de estas células sobre la retina es irregular. Los conos están altamente concentrados en la fóvea central, que es la zona de mayor agudeza visual. Alrededor de la fóvea se encuentra la mácula lútea o mancha amarilla, que es una zona donde se encuentran conos y bastones, predominando los primeros.

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4. Medios refringentes del ojo Para llegar a la retina, el rayo luminoso debe atravesar una serie de estructuras que son absolutamente transparentes. Estos medios transparentes, además de dejar pasar la luz, se encargan de desviar y dirigir el rayo de tal manera de enfocarlo directamente sobre la retina. De adelante hacia atrás, estos medios refringentes son: Córnea Es un verdadero lente, muy duro y transparente, que protege el polo anterior del ojo. Es un derivado de la esclerótica. Tiene una curvatura que se adapta al polo anterior del ojo, lo cual la dota de un alto poder de convergencia. La córnea tiene el mayor poder de refracción entre las estructuras oculares. Humor acuoso Después de la córnea, la luz cae en plena cámara anterior del ojo y, por lo tanto, debe atravesar el humor acuoso. Cristalino Posteriormente, el rayo luminoso choca con el cristalino, que es un lente biconvexo transparente en forma de lenteja. El cristalino se ubica justo por detrás del iris, y tiene la facultad de variar su curvatura, cambiando así la dirección de los rayos de luz. Humor vítreo Ocupa el compartimiento posterior y es de consistencia gelatinosa. Actúa como un medio transparente denso para desviar lo menos posible la luz. Junto al humor acuoso contribuye a mantener la forma del globo ocular gracias a la presión que ejerce en su interior.

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www.oliverclases.forochile.org 5. Formación de la imagen en la retina Se sabe que la luz se propaga en forma rectilínea a través del aire. En el momento en que pasa de un medio a otro (por ejemplo, de aire a agua), el rayo se desvía debido a la diferente densidad del nuevo medio que le puede oponer una mayor o menor resistencia. Este fenómeno se llama refracción. Mientras mayor curvatura tenga la superficie transparente a atravesar, más se desviarán los rayos, llegando a la retina una imagen más pequeña e invertida causada por la refracción que le impone el cristalino. Esto ocurre porque el cristalino es un lente convexo que hace converger los rayos luminosos, como una lupa.

La acomodación se lleva a cabo gracias a la elasticidad del cristalino, a la existencia de un músculo circular que rodea este órgano, denominado músculo ciliar, y al ligamento suspensorio del cristalino. El cristalino se inserta por dentro en el borde externo del ligamento suspensorio del cristalino y, por fuera, en unas prolongaciones que emite el músculo ciliar, denominadas procesos ciliares.

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El cristalino es capaz de cambiar su curvatura gracias al músculo ciliar y ligamentos suspensorios. Para poder enfocar la imagen de un objeto lejano exactamente en la retina, el cristalino debe aplanarse, lo que se logra cuando el músculo ciliar se relaja y la presión intraocular ejerce tensión sobre la coroides traccionando los procesos ciliares hacia atrás y afuera con lo cual se tensan los ligamentos suspenso¬rios y se aplana el cristalino. Para la visión de objetos cercanos, el cristalino debe aumentar su diámetro anteroposterior, logrando una mayor convexidad y una mayor refracción de los rayos, lo que hace caer la imagen justo en la retina. Esto se logra mediante la contracción del músculo ciliar que tira la coroides hacia adentro y adelante, relajando el ligamento suspensorio y abombando el cristalino. Aunque la acomodación es un fenómeno bastante perfecto, tiene sus límites, por ejemplo, si se acerca mucho un objeto, finalmente, se verá borroso por la imposibilidad del cristalino de seguir enfocando. 6. Alteraciones oculares Catarata Se denomina así a las enfermedades que provocan opacidad del cristalino, hecho que conduce a la ceguera por imposibilidad de atravesar la luz. Hipermetropía Anomalía del ojo mismo en la cual el globo ocular es demasiado corto en su diámetro antero-posterior, por lo cual la imagen en foco se forma detrás de la retina. También puede corresponder a una alteración del cristalino o de sus elementos suspensorios. Para enfocar,

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www.oliverclases.forochile.org el sujeto debe alejar los objetos para que la imagen se enfoque en la retina. Este defecto se corrige con lentes biconvexos llamados convergentes. Miopía Aquí el globo ocular es más largo que lo normal. Además, en un pequeño porcentaje de los casos, la alteración reside en el cristalino, que tiene demasiada curvatura (muy convexo). De este modo, la imagen se forma por delante de la retina y para ver nítidamente, el sujeto debe acercar los objetos. Así, corre la imagen hasta que cae en la retina. Por lo tanto, estos sujetos son cortos de vista, ven mal de lejos y bien de cerca. El defecto se corrige con lentes bicóncavos o divergentes, que separan los rayos luminosos de tal manera que éstos convergen más atrás, cayendo sobre la retina.

Astigmatismo El defecto es una desigualdad en la curvatura de la córnea y/o del cristalino, por lo cual parte del objeto es enfocado en la retina, mientras que otros segmentos de la imagen se forman por atrás o delante de ésta. Se corrige con lentes cilíndricos. Éstos son cristales especiales pulidos de tal forma que tienen diferentes curvaturas en sus distintas partes, que corresponden con el defecto ocular.

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www.oliverclases.forochile.org 7. Fisiología de la visión Después de atravesar los medios transparentes, la luz incide sobre la retina. Aquí debe atravesar 10 capas de neuronas, hasta llegar a los receptores fotosensibles que se ubican casi al llegar a la coroides. Hay dos tipos de receptores: Bastones Son células de forma alargada, y tienen que ver con la visión nocturna o crepuscular. Requieren de bajas intensidades de luz para ser estimulados. Proporcionan una visión en penumbras, en blanco y negro. No permiten una buena discriminación de los detalles. Son muy poco abundantes en la zona central de la retina, pero su número aumenta notablemente hacia la periferia. Los bastones poseen un pigmento llamado rodopsina o púrpura visual, que se descompone en opsina o escotopsina, una proteína, y retineno o retinal, un derivado de la vitamina A, en presencia de luz. Esta reacción química es la que origina los impulsos nerviosos que viajan al cerebro a través del nervio óptico. La rodopsina que se emplea en este proceso es recuperada por mecanismos enzimáticos que la resintetizan constantemente. Conos Son el segundo tipo de receptores que existe en la retina. Tienen que ver con la visión de día, en colores, nítida y con percepción de detalles. Son estimulados en presencia de luz de alta intensidad. Aunque no se conoce mucho del proceso químico que conlleva este tipo de visión, se ha postulado que los conos poseerían un pigmento llamado iodopsina o violeta visual. Existen tres clases de conos, para los tres colores básicos: rojo, azul, verde. Los demás colores se obtienen mediante la estimulación simultánea, a diferentes intensidades, de estos tipos básicos de conos. Los conos son mucho más abundantes en el área central de la retina, donde forman la mancha amarilla. En el centro de ella, hay una pequeña depresión llamada fóvea, que es el lugar donde hay mayor agudeza visual y percepción de colores. Un poco más adentro y abajo, se encuentra el punto por donde penetra el nervio óptico al ojo. En esta zona no existen receptores, sino sólo axones, por lo que se la ha llamado papila o punto ciego. Éste se puede poner de manifiesto a través de la siguiente actividad: cierra o tapa tu ojo izquierdo, con tu ojo derecho centra la mirada en la cruz sin mover la cabeza y sin mover tu ojo derecho. Puede ser que inmediatamente notes que dejas de observar el círculo negro. Si no es así puedes mover lentamente tu cabeza hacia atrás o adelante hasta que desaparezca el círculo.

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www.oliverclases.forochile.org 8. Vía visual Como se sabe, la retina es una capa nerviosa que genera impulsos nerviosos. Es aquí donde comienza la vía óptica. Conos y bastones contactan con las neuronas bipolares de la retina, los que tienen dos prolongaciones. La primera conecta con los fotorreceptores y la otra, con la segunda neurona de la vía o célula ganglionar, que también se encuentra en la retina. Desde aquí las prolongaciones de todas las células ganglionares se unirán para formar el nervio óptico. El nervio óptico sale por la parte posterior de la órbita, y sus fibras confluyen en el entrecruzamiento quiasma óptico. Aquí las fibras internas o nasales se entrecruzan, mientras que las externas o temporales siguen su trayecto periférico. De la parte posterior del quiasma, emergen las cintillas ópticas (cuyas fibras ya han sufrido el entrecruzamiento) que terminan en el cuerpo geniculado lateral del tálamo. Éste, a su vez, envía prolongaciones, llamadas radiaciones ópticas, hacia la corteza del lóbulo occipital o área visual. 9. Campo visual Es toda el área visual que pueden abarcar nuestros globos oculares en la mirada fija al frente. Por el hecho de que en la retina la imagen se forma invertida, la parte más externa (o temporal) de ella nos permite ver la parte más interna del campo visual, mientras que la parte más interna (o nasal) es responsable de la visión de la parte más externa del campo visual. En la vía visual se puede definir en cada globo ocular una retina nasal (hacia la parte media en relación a la cavidad nasal) y una retina temporal (hacia fuera en relación al hueso temporal). Los campos visuales, que corresponden a la región externa que podemos visualizar, también se pueden dividir en regiones nasales y temporales. Lo importante es comprender que por la forma esférica del globo ocular, la recepción del campo visual es contraria. Es decir, la retina nasal del ojo izquierdo capta el campo visual temporal del ojo izquierdo y la retina temporal del ojo izquierdo capta el campo visual del ojo izquierdo, como lo muestra la imagen superior. Lo mismo es válido para el ojo derecho. En la siguiente animación, verás las consecuencias que puede tener el corte en distintos puntos de la vía visual.

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www.oliverclases.forochile.org Capitulo XIII. Población Y Comunidad 1. Niveles de organización de los seres vivos Poblaciones Nivel de poblaciones Una población es un grupo de organismos de la misma especie que se cruzan entre sí y habitan en un área geográfica particular en un tiempo determinado. El conocimiento de la dinámica de las poblaciones es esencial para los estudios de las diversas interacciones entre los grupos de organismos y tiene, además, una gran importancia práctica. Por ejemplo, la identificación de las especies en peligro de extinción y de los tipos de intervención que pueden evitar su extinción también dependen del conocimiento de la dinámica de poblaciones. Todas las poblaciones tienen algunas propiedades de grupo, como consecuencia de la interacción entre las especies.

Propiedades de las poblaciones Densidad Corresponde al número de individuos de la misma especie que habitan en una unidad de superficie o de volumen. Ejemplo: 65 ovejas / Km2. Esta propiedad permite tener un parámetro sobre el tamaño de la población y su relación con el espacio. Tasa de natalidad Porcentaje de nuevos individuos que se incorporan a la población. Tasa de mortalidad Porcentaje de individuos que mueren en una población.

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www.oliverclases.forochile.org Migraciones Movimientos de individuos dentro de la población. La inmigración corresponde a la entrada de nuevos individuos a la población y la emigración es la salida de individuos. Esta característica confiere a la población la propiedad de dispersión. Todas estas características están en continua relación influyendo principalmente sobre la densidad de la población. En general, la natalidad y las inmigraciones favorecen el aumento de la densidad y a su vez, las emigraciones y la mortalidad contribuyen a la disminución de dicha densidad. Conviene rescatar que las migraciones son factores que rara vez influyen en gran medida sobre la densidad, pero no ocurre lo mismo con la natalidad y mortalidad que pueden ser los factores más importantes. Patrones de crecimiento poblacional El crecimiento poblacional es el cambio en el número de individuos que tiene una población a través del tiempo. Por lo tanto, este factor depende directamente de la densidad por unidad de tiempo. La tasa de crecimiento poblacional es el incremento del número de individuos en una unidad dada de tiempo por cada individuo presente. Si el valor es positivo, indica que el crecimiento es favorable, si es negativo decrecerá y si adquiere un valor 0 hay equilibrio por lo tanto el tamaño de la población se mantiene. El modelo más simple de crecimiento de una población cuyo número de individuos se incrementa a una tasa constante, se conoce como Crecimiento exponencial. El crecimiento exponencial comienza lentamente, pero luego se incrementa bruscamente, cuando el número de individuos reproductores se incrementa en cada generación. El crecimiento prosigue hasta que la resistencia ambiental llegue a su límite (por ejemplo la escasez de alimento, de espacio, de oxígeno, etc.) produciendo una disminución brusca del número de individuos y una baja en la densidad. El crecimiento exponencial se restablece cuando las condiciones lo permitan. Habitualmente siguen un patrón estacionario.

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www.oliverclases.forochile.org Los microorganismos que se cultivan en el laboratorio, donde los recursos se renuevan constantemente, son los que se aproximan a la curva de crecimiento exponencial. Dentro de los factores que influyen sobre el crecimiento, los más esenciales para analizar son: el potencial biótico y la resistencia ambiental. El primero se define como la capacidad innata de un grupo para aumentar, con un máximo nivel de reproducción; si las condiciones ambientales son óptimas. Ejemplo: en la mosca doméstica se suceden hasta 20 generaciones por estación, de manera que el promedio de duración de cada generación es de alrededor de 2 semanas. Si partimos de una pareja de moscas al inicio de la estación con 600 huevos fecundados (una hembra pone hasta 1200 huevos), de los cuales saldrán 300 machos y 300 hembras. Si suponemos que toda la prole logra sobrevivir, al final de la temporada habría teóricamente 191 trillones de individuos, ocupando un espacio superior a 2 kilómetros cúbicos.

La resistencia ambiental se entiende como las condiciones que impone el ambiente para inhibir o regular el crecimiento de la población. Estas condiciones se distinguen en: a. Edades desfavorables de los individuos b. Proporción inadecuada de sexos c. Baja densidad d. Nivel de Mortalidad Para muchas poblaciones, el número de individuos no está determinado por el potencial reproductivo, sino por el ambiente. Un determinado ambiente puede soportar sólo un número limitado de individuos de una población determinada bajo cualquier circunstancia. El tamaño de la población que oscila alrededor de este número, se conoce como capacidad de carga del ambiente. La capacidad de carga se define como el número promedio de individuos de la población que el ambiente puede sostener en un conjunto determinado de condiciones. Para las especies animales, la capacidad de carga puede estar determinada por la disponibilidad de alimento o por el acceso a los sitios de refugio. Para las plantas, el factor determinante puede ser el acceso a la luz solar o la disponibilidad de agua.

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www.oliverclases.forochile.org Las poblaciones, luego de un crecimiento exponencial, tienden a estabilizarse al tamaño máximo (o debajo) que puede sostener el ambiente (capacidad de carga). El índice de crecimiento se reduce poco a poco hasta alcanzar un estado de equilibrio a largo plazo. En este equilibrio, el índice de nacimientos se aproxima con el índice de mortalidad y se estabiliza el tamaño de la población. Este tipo de crecimiento, representado en forma de una curva en S o sigmoide, se denomina crecimiento logístico. En este tipo de crecimiento, se observa una primera fase de crecimiento exponencial, hasta alcanzar una estabilidad producto de la autorregulación de la población. En la curva se pueden establecer fases: Fase 1 : Aceleración positiva. Crecimiento lento. Fase 2 : Crecimiento logarítmico, hasta el límite que imponga la resistencia ambiental. Fase 3 : Aceleración negativa, en la que el crecimiento se mantiene en aumento, pero lentamente. Fase 4 y 5 : Equilibrio. El crecimiento se mantiene constante debido a la capacidad de carga o soporte que es la máxima densidad sostenible. Distribución de las poblaciones Es la forma en que los individuos están dispersos dentro del área habitada por la población. La descripción de la distribución espacial suministra información adicional sobre la población. El patrón de disposición de los organismos dentro del espacio bidimensional o tridimensional. En general, se distinguen tres tipos o patrones de distribución: - Azar, en el cual el esparcimiento entre los individuos es irregular y la presencia de un individuo no afecta de manera directa la ubicación de otros. - Agrupado, en el cual los individuos se encuentran agrupados en manchones, por lo que la presencia de un individuo aumenta la probabilidad de encontrar a otro. - Regular, en el cual los individuos están espaciados uniformemente dentro del área, y la presencia de un individuo disminuye la probabilidad de encontrar a otro en la vecindad.

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Los patrones de distribución espacial con frecuencia dependen de la distribución y fluctuación de los recursos esenciales; por ejemplo, si el agua está disponible en manchones, los integrantes de una población vegetal determinada pueden encontrarse agrupados en las cercanías de estos manchones. Los patrones de distribución espacial no son necesariamente fijos y pueden tener una variación estacional o en diferentes etapas del ciclo vital. Por ejemplo, muchas especies de aves muestran un patrón de disposición regular durante la estación reproductiva, cuando el comportamiento territorial se encuentra en su punto máximo, pero exhiben una distribución agrupada durante el resto del año. Regulación del tamaño de la población La noción popular que “la naturaleza se encuentra en equilibrio” y que las poblaciones generalmente alcanzan un estado de equilibrio ha sido objeto de severas críticas por parte de ecólogos contemporáneos. Aunque es difícil comprender por qué ocurren fluctuaciones en el tamaño de las poblaciones, es de suma importancia, tener este conocimiento, debido a que las fluctuaciones de las poblaciones de una especie pueden tener efectos profundos para bien o para mal, sobre otras especies, incluida la especie humana. Se cree que en estas fluctuaciones intervienen diversos factores. Factores limitantes Las diferentes poblaciones presentan factores limitantes específicos. De importancia crítica es la gama de tolerancia que muestran los organismos hacia factores como la luz, la temperatura, la salinidad, el agua disponible, el espacio para la nidificación y la escasez o el exceso de nutrientes necesarios. Si cualquier requerimiento esencial es escaso, o cualquier característica del ambiente es demasiado extrema, no es posible que la población crezca, aunque todas las otras necesidades estén satisfechas. Por ejemplo: cuando el fósforo es el factor limitante para el crecimiento de las algas de agua dulce en un lago o un río de corriente lenta, la descarga de detergentes con fosfato en el agua producirán un gran crecimiento de las algas. Este período de crecimiento rápido continúa hasta que se agote el suministro de otro elemento esencial. Luego las algas comienzan a morir, proliferan las bacterias descomponedoras, las cuales agotan el oxígeno debido a sus procesos metabólicos, convirtiéndose el oxígeno en un factor limitante. Finalmente, la concentración de oxígeno cae por debajo de los niveles de tolerancia de los peces y otros organismos y estos comienzan a morir. Si el proceso no se interrumpe, sólo las bacterias anaeróbicas y otros microorganismos, podrán sobrevivir en este ambiente.

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Factores independientes y dependientes de la densidad - Los factores independientes de la densidad: eliminan a los individuos o reducen los índices de reproducción sin considerar la densidad de la población. Es probable que el factor más importante sea el clima o eventos relacionados con las condiciones meteorológicas. Por ejemplo, el tamaño de muchas poblaciones de insectos y de plantas anuales están limitados por el número de individuos que pueden reproducirse antes de la primera helada fuerte. Por lo general, dichas poblaciones no llegan a la capacidad de carga, debido a que intervienen primero los factores independientes de la densidad. El clima es en gran parte responsable de los ciclos de abundancia y escasez de las poblaciones. Los plaguicidas y los contaminantes pueden causar reducciones drásticas en las poblaciones naturales, como la destrucción del hábitat causada por la construcción de caminos, zonas de cultivo o desarrollos habitacionales. - Los factores dependientes de la densidad: son aquellos que provocan cambios en la tasa de natalidad o en la tasa de mortalidad a medida que cambia la densidad de una población. A medida que la población aumenta, puede agotar sus reservas de alimento, lo que lleva a un incremento de la competencia entre los integrantes de la población. Esto finalmente conduce a una tasa de mortalidad más alta o a una tasa de natalidad más baja. Los predadores, por lo tanto, pueden ser atraídos hacía áreas en las cuales la densidad de las presas sea elevada y sí capturar una proporción mayor de individuos de la población. Del mismo modo, las enfermedades pueden difundirse con más facilidad cuando la densidad de la población es más alta.

Estrategias de vida Este concepto se refiere a un conjunto de rasgos coadaptados que afectan a la supervivencia y la reproducción de una población.

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www.oliverclases.forochile.org La propuesta más usada y difundida ha sido la de R. Mac Arthur y E.O Wilson quienes clasificaron las estrategias en «R» y «K», diferenciándolas básicamente por las siguientes características: Estrategia R Muchas crías Maduración rápida Reproducción, 1 sola vez Poco o ningún cuidado parental Ej. Bacteria, flores

Estrategia K Pocas crías Maduración lenta Reproducción en muchas ocasiones Cuidado parental intenso Ej. Árboles, mamíferos del desierto.

Sin embargo, esta propuesta se ha considerado una excesiva simplificación, debido a que muchas especies tienen claramente características de estrategia R así como de K. Por ejemplo, algunas especies de estrellas de mar tienen vidas largas (una característica tipo K) y producen muchos huevos (característica tipo R).

2. Las comunidades Como todos los seres vivos requieren de otros seres vivos iguales a ellos o de otras especies, surge la Comunidad o Biocenosis que corresponde al conjunto de poblaciones, animales y vegetales que se relacionan entre sí en un lugar determinado. Microcomunidad Es una asociación poblacional pequeña que presenta las siguientes características: - Ocupan un espacio ambiental pequeño. - Su existencia es breve, ya que es afectada por los cambios ambientales. - Requiere de la ayuda de comunidades vecinas, para satisfacer las necesidades energéticas y completar las cadenas alimenticias. Como ejemplo de una micro comunidad podemos citar: Un tronco podrido, un charco de agua, etc. Una comunidad puede ocupar espacios muy pequeños y otros muy grandes (medio acuático). El área natural que ocupa una comunidad, con todos sus factores físicos se denomina Biotopo. Las especies que comparten el biotopo, es decir que constituyen la comunidad, están poco emparentadas entre ellas, así se evita la competencia. Si tuvieran los mismos gustos alimenticios competirían por los mismos recursos. En toda biocenosis existe una estructura y una dinámica:

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www.oliverclases.forochile.org Estructura de una comunidad biológica. Está determinada por la clase, número y distribución de los individuos que forman las poblaciones. En la estructura de una comunidad biológica se distinguen tres aspectos fundamentales: composición, estratificación y límites: Composición de las Comunidades Dentro de ésta se debe tomar en cuenta las siguientes características: Abundancia: Es el número de individuos que presenta una comunidad por unidad de superficie o de volumen (densidad de la población). Diversidad: Se refiere a la variedad de especies que constituyen una comunidad. Tanto la abundancia como la diversidad es pequeña en aquellas zonas de climas extremos como desiertos, fondos de océanos etc. Dominancia: Se refiere a la especie que sobresale en una comunidad, ya sea por el número de organismos, el tamaño, su capacidad defensiva, etc. La comunidad, por lo general, lleva el nombre de la especie que domina, por ejemplo, un pinar, comunidad de espinos, banco de ostras, etc. Dentro de la comunidad hay dos conceptos que se deben precisar, Hábitat y Nicho ecológico. Hábitat Es un lugar que ocupa la especie dentro del espacio físico de la comunidad. Nicho Ecológico Corresponde al papel u ocupación que desempeña la especie dentro de la comunidad; si es un productor, un herbívoro o bien un carnívoro. Una definición operativa de nicho es, en realidad, más compleja e incluye muchos más factores que el modo de vida de un organismo. Es de hecho, el ambiente total y también el modo de vida de todos los miembros de una especie determinada en la población. Estratificación de la Biocenosis Las comunidades se pueden encontrar en estratos o capas horizontales o bien verticales. De igual manera existen comunidades monoestratificadas, en donde su estratificación vertical es muy pequeña y sólo se permite distinguir un estrato, tal es el caso de las zona rocosas o

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www.oliverclases.forochile.org desérticas cuyos animales y plantas (representadas especialmente por líquenes) forman una capa al mismo nivel. Como ejemplo de una estratificación vertical podemos observar un bosque en el cual se encuentra el estrato subterráneo, suelo, un estrato herbáceo, arbustivo y arbóreo. Límites de la Biocenosis En ocasiones es difícil establecer con claridad los límites de una comunidad. Esto resulta sencillo hacerlo en comunidades que ocupan biotopos muy concretos y delimitados, como ocurre en una pequeña charca o bien en una isla. Cuando se trata de individualizar biocenosis establecidas en biotopos como el océano resulta difícil delimitarlas pues unas con otras se interfieren. En tales casos existen zonas de transición que pueden ser intermedias y que se conocen con el nombre de ECOTONO. La frontera entre un bosque y una pradera, o bien la orilla de un río son ejemplos de ecotonos. Los ecotonos son zonas de tensión entre dos comunidades debido a la competencia que se establece entre los individuos de ambas para lograr penetrar en el biotopo de su contraria. La zona del ecotono presenta condiciones climáticas y otras características físicas distintas, pero generalmente intermedias entre las propias del los biotopos limítrofes. Dinámica de una comunidad biológica Dos son los cambios que se presentan en ella mientras se está construyendo, y una vez formada nunca llegará a un estado de perfecto equilibrio aún en la fase que se puede considerar de estabilización se presentan fluctuaciones recíprocas entre las poblaciones que las constituyen y finalmente las interacciones que se desarrollan entre las poblaciones que las forman. Dentro de la dinámica podemos encontrar tres puntos fundamentales: las interacciones que se desarrollan entre las poblaciones, las sucesiones ecológicas y las fluctuaciones. 3. Interacciones entre las poblaciones de la biocenosis Los seres vivos que forman la biocenosis, interactúan entre sí pudiendo dañarse, beneficiarse o no tener efectos. Las relaciones intraespecíficas son aquéllas que se establecen entre individuos de una misma población. Las relaciones interespecíficas se desarrollan entre miembros de poblaciones diferentes. Competencia La competencia se caracteriza porque se establece una rivalidad entre individuos de la misma especie (competencia intraespecífica) o de especies diferentes (competencia interespecífica) para conquistar un recurso; que esta en cantidad limitada. Como resultado

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www.oliverclases.forochile.org de la competencia, el éxito biológico o reproductivo de los individuos que interactúan puede verse reducido. Entre los muchos recursos por los cuales los organismos pueden competir se encuentra el alimento, el agua, la luz, el espacio vital, etc. La intensidad de la competencia depende de lo similares que sean los requisitos de las dos especies. Por ejemplo las plantas a menudo compiten con otras plantas por la luz solar y el agua. En la competencia interespecífica, ambas especies resultan perjudicadas en el sentido que se limita el acceso a los recursos. El principio de exclusión competitiva, formulado por Gause, establece que si dos especies están compitiendo por el mismo recurso escaso o limitado, una u otra finalmente serán eliminadas en situaciones en las cuales aparezcan juntas.

Los análisis de situaciones en las que coexisten especies similares han demostrado que los recursos a menudo están subdivididos, o son distribuidos, por las especies coexistentes. El solapamiento de nichos describe la situación en la cual los miembros de más de una especie utilizan el mismo recurso escaso. En las comunidades en las cuales ocurre solapamiento de nichos, la selección natural puede dar por resultado un aumento de las diferencias entre las especies que compiten. Fenómeno que se conoce como desplazamiento de caracteres.

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Predación Los miembros de una población atacan, capturan y matan a organismos de otra especie (presa), con el objeto de alimentarse. Sólo el depredador se ve favorecido en la relación. Este tipo de relación tiene una fuerte influencia sobre la evolución de las poblaciones, tanto de predadores como de presas, dado que las presiones selectivas favorecen una eficiencia creciente en la alimentación por parte de los predadores y mecanismos mejorados para evitarlos de parte de las presas, como por ejemplo, el camuflaje, el mimetismo, las señales de alerta entre otras.

Las interacciones predador-presa también influyen sobre la dinámica de la población y pueden aumentar la diversidad de las especies reduciendo la competencia entre las presas. El tamaño de una población de predadores con frecuencia está limitado por la disponibilidad de presas. A su vez el tamaño de la población de presas depende de la cantidad de depredadores. Simbiosis Este concepto («vivir juntos») involucra a un conjunto de estrechas asociaciones que se establecen entre las poblaciones involucradas. Las relaciones simbióticas prolongadas pueden dar por resultado cambios evolutivos profundos en los organismos que intervienen. Se le asocia tradicionalmente al mutualismo.

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www.oliverclases.forochile.org Algunos ejemplos son: Mutualismo Es una relación en donde, las especies participantes obtienen beneficio mutuo de la relación y no pueden vivir separadamente, pues mueren. Es una relación obligada. Ej.: plantas y bacterias fijadoras de nitrógeno (Rhizobium sp), la relaciones entre las plantas y sus polinizadores, etc.

Comensalismo En esta relación se beneficia sólo una especie, mientras que la otra no se beneficia ni se daña. Por ejemplo: la relación entre el tiburón y el pez rémora.

Parasitismo Relación en la cual uno de los individuos (parásito) se beneficia al alimentarse a expensas de otro (huésped), que se perjudica por la presencia del otro. El parasitismo se puede considerar una forma especial de predación, en la que el predador es considerablemente más pequeño que la presa. Como ocurre con las formas más obvias de predación, es más probable que las enfermedades parasitarias eliminen a los más jóvenes, discapacitados y a los más viejos, haciéndolos más susceptibles a otros depredadores, o a los efectos del clima o a la escasez de alimento.

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www.oliverclases.forochile.org Ejemplo de enfermedades parasitarias en el ser humano. Pediculosis, Oxiurasis, Lombriz Solitaria.

Amensalismo Relación en la cual, uno de los asociados resulta perjudicado por otro que no manifiesta un cambio aparente. Ej.: Hongo Penicillium productor de penicilina (un antibiótico que inhibe el crecimiento de bacterias) y las bacterias. En esta relación los hongos no se afectan ni se benefician, en cambio las bacterias son seriamente afectadas. Protocooperación En esta relación ambas especies resultan favorecidas, sin embargo no existe una dependencia mutua. Ej.: Algunas aves acostumbran posarse sobre la piel de los rinocerontes para alimentarse de los parásitos que allí viven.

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www.oliverclases.forochile.org Capitulo XIV. Influencia Humana En El Ecosistema 1. Equilibrio ecológico En una determinada comunidad cada especie tiene su propio nicho ecológico, lo que hace que las poblaciones que constituyen el ecosistema tiendan a permanecer en equilibrio. Manteniéndose así relativamente constante la relación numérica entre las especies que forman las diferentes poblaciones. Todo esto contribuye a que se resuelvan satisfactoriamente las necesidades de alimentación y espacio vital que requiere cada individuo. No obstante lo anterior, estos equilibrios naturales pueden ser alterados por perturbaciones que no siempre son muy profundas. Por ejemplo, si un año resulta más húmedo que lo habitual en una región árida, se estimula el desarrollo de la vegetación, trayendo como consecuencia el aumento de la población de roedores que, provocará un aumento de la población de aves de rapiña. Si al año siguiente la pluviosidad es normal, los autótrofos disminuyen, esto ocasiona una merma en la población de roedores por falta de alimentos, lo mismo ocurre con los consumidores secundarios. El ejemplo anterior demuestra que el equilibrio ecológico es absolutamente dinámico, ya que está oscilando continuamente dentro de ciertos límites. Biomas Cuando un complejo de fases seriales y la gran comunidad biótica persisten por bastante tiempo y llegan a tener carácter geológico, pasan a denominarse bioma. Es así como un bioma va a reunir ecosistemas similares que, por lo general, abarcan extensas zonas. Los biomas están determinados por una serie de condiciones climáticas como temperatura, radiación, vientos, pluviosidad y humedad ambiental. En Chile por ejemplo, dadas las condiciones climáticas tan variadas, los ecólogos destacan la existencia de por lo menos 6 biomas principales. Bioma de desierto Está localizada entre la primera y segunda región y corresponde al desierto propiamente tal. Se caracteriza por una escasa pluviosidad y temperaturas bastante extremas entre el día y la noche; terrenos áridos que carecen de una vegetación desarrollada. Sólo algunas plantas xerófitas como por ejemplo el tamarugo y algunas cactáceas. Los animales que viven allí, como algunos reptiles e insectos, presentan características adaptativas, tales como cubiertas impermeables.

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www.oliverclases.forochile.org Bioma de matorral Cubre la tercera y cuarta región. La pluviosidad es baja, sin embargo permite el desarrollo de una variada vegetación (espinos, guayacán, algarrobo, etc.). La fauna está representada por los insectos, roedores, reptiles, aves y algunos mamíferos mayores. Bioma de sabana Se extiende desde parte de la cuarta región hasta la octava. En estas regiones el clima es templado con lluvias abundantes en invierno pero con un período muy seco en verano. Esto permite el crecimiento de árboles separados entre sí por abundantes hierbas altas. La fauna es muy numerosa, representada por insectos, roedores, anfibios, reptiles, mamíferos herbívoros y carnívoros, aves de rapiña, etc. Bioma de Selva Ocupa la zona comprendida entre la octava región y el Cabo de Hornos. Las lluvias son muy abundantes, lo que contribuye al desarrollo de una vegetación exuberante que, en algunas zonas es impenetrable. Con alta diversidad de árboles, arbustos, helechos y hierbas. Esta vegetación se conoce con el nombre de Selva Valdiviana. Entre las especies vegetales abundantes nos encontramos con el Laurel, Mañío, Ciruelillo, Avellano y Coigüe. La fauna asociada a esta vegetación es muy rica y abundante, encontrándonos con diferentes especies de mamíferos, entre ellos algunos marsupiales como el “monito del monte”, aves, reptiles, entre otros. Bioma de estepa Se localiza de Puerto Natales a Punta Arenas y parte de Tierra del Fuego. Se caracteriza por un clima frío, pocas precipitaciones y mucho viento, lo que permite el desarrollo de arbustos bajos y gramíneas (pastizales). La fauna no es muy abundante y está representada por algunos roedores (vizcacha), insectos, aves, mamíferos herbívoros (por ejemplo el Guanaco) y carnívoros, etc. Bioma de cordillera Este bioma designa a un conjunto diverso de comunidades de altura, cuyas características dependen de las condiciones climáticas y topográficas de las cadenas montañosas a lo largo del país. Encontramos, por ejemplo, en el Norte grande, la cordillera de los Andes o Altiplano, abundante en vegetación tipo estepa, caracterizada por la presencia de gramíneas en champa (coirón), y de otra vegetación baja – la Llareta-. En el caso de la cordillera de la Costa, un ejemplo lo constituye la Cordillera de Nahuelbuta (ubicada entre las regiones VIII y IX), donde está preservada una conífera muy importante para Chile, como lo es la

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www.oliverclases.forochile.org Araucaria araucana o Pehuén, la cual se presenta asociada a Lengas, Ñirres y otras especies arbóreas. La fauna es diversa y, dependiendo del lugar, hallamos mamíferos como vicuñas, llamas, alpacas, pumas y zorros. También abundan diversas especies de aves, reptiles, anfibios, insectos y otros invertebrados.

2. Influencia del hombre en el ecosistema El hombre, al igual que cualquier especie, tiene un nicho ecológico en la comunidad de seres vivos. Es un consumidor de todos los órdenes, así como también puede ser consumido por algún depredador. Sus restos, al morir, sirven de alimento a los microorganismos. Sin embargo, el hombre además, tiene otra función ecológica derivada de su capacidad de razonar, permitiéndole actuar en forma voluntaria sobre los recursos que el medio le ofrece (recursos naturales). Recursos naturales Los recursos naturales incluyen todos aquellos componentes que son útiles al hombre: agua, suelo, flora, fauna, sustancias orgánicas e inorgánica. En la medida que el hombre utilice racionalmente estos recursos, constituirán una fuente de bienestar para el mundo y sus habitantes. Los recursos naturales pueden clasificarse en dos grupos: renovables y no renovables. Recursos naturales renovables Son todos aquellos cuya utilización no implica necesariamente su agotamiento, ya que tienen la facultad de conservar su capacidad productiva, siempre y cuando sean utilizados racionalmente. Tal es el caso del agua, suelo, bosques, praderas y vida silvestre. La Flora Los vegetales son muy útiles para el ser humano, no sólo para la alimentación, sino para múltiples usos. Una de las formas que el ser humano, ha aprovechado este recurso, es en la selvicultura, la cual tiene por finalidad mantener los bosques para una continua producción de bienes y servicios, como por ejemplo, madera para la fabricación de muebles o para la producción de celulosa (entre otros usos). Otros beneficios que nos puede entregar el bosque son: mantiene los suelos, contribuyendo a evitar la erosión, mantiene la calidad del aire, regula la disponibilidad de agua, representa un hábitat para la fauna silvestre, etc.

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www.oliverclases.forochile.org La Fauna La fauna al igual que la flora, representan mucho más que recursos para nuestras necesidades alimenticias o de abrigo. Fauna útil para la agricultura, está representada por los “controladores biológicos”, que son especies enemigas naturales de otras especies que representan plagas o producen daños en los cultivos. Ejemplo de esta fauna son las aves rapaces como la lechuza, algunos mamíferos carnívoros como el Zorro Culpeo y variados tipos de insectos.

También, se consideran a los polarizadores, como fauna útil para la agricultura, como por ejemplo las aves, las abejas y las avispas. Fauna de explotación artesanal. Son todos aquellos animales cuyo manejo está a cargo de pequeños grupos de personas y que requieren menor inversión en equipos. La utilización del recurso es para comercio menor, alimentación o abrigo. Por ejemplo, aves productoras de huevos y carne, mamíferos productores de carne, lana y cueros, etc. Fauna de explotación industrial. Este tipo de fauna está representada por los recursos hidrobiológicos, explotados en grandes cantidades para fines comerciales, como por ejemplo, peces para harina de pescado y conserva, moluscos y crustáceos para exportación entre otros. Recursos naturales no renovables Comprenden a las materias inorgánicas, razón por la cual carecen de capacidad reproductiva. De tal ma¬ne¬ra que una explotación intensa trae necesariamente su exterminio, con las consiguientes consecuencias para el país y sus habitantes. Por lo tanto la utilización de estos recursos debe ser más racional para no agotarlo en un tiempo breve. Los recursos no renovables pueden ser metálicos como por ejemplo, el cobre, hierro, zinc, plomo, oro, etc. y no metálicos como el salitre, el azufre, el cuarzo y el yeso. Otra variedad de minerales no metálicos utilizados para la obtención de energía son los denominados combustibles fósiles como el carbón y petróleo.

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www.oliverclases.forochile.org El suelo también puede caer en la categoría de recursos no renovables, ya que su renovación es lenta, difícil y es un recurso irreemplazable. Puesto que toda la vida vegetal y a su vez la animal se sustenta en él. Se han realizado estimaciones, que indican que la capa de humus se forma en un promedio de 2,5 centímetros de espesor por cada 500 años. Sin perjuicio de lo anterior conviene señalar que el principal recurso natural que existe en el Mundo corresponde a la energía solar, de la cual sólo se utiliza un porcentaje muy reducido. 3. Impacto del ser humano sobre los recursos renovables La extinción de las especies es un fenómeno natural que se ha dado continuamente en el curso de la evolución, pero la intervención humana, modificando y contaminando el hábitat natural, ha acelerado este proceso. Impacto sobre el agua El agua es imprescindible para la vida, sin embargo, está siendo constantemente contaminada. Por ejemplo en el océano abierto. Los barcos que surcan los mares tiran por la borda millones de contenedores de plástico diariamente; tiras de plástico que sostienen a latas de bebidas o cerveza, material de empaque entre otros, son arrastrados por el agua y por el aire desde la tierra hacia los océanos, lugar donde se acumulan. El plástico es consumido por inocentes tortugas, gaviotas, delfines, focas y ballenas, las cuales frecuentemente mueren después de consumirlas. También ha servido como terreno para tirar desperdicios nucleares. Además debemos considerar la contaminación causada por el petróleo, a través de: derrames de barcos petroleros, escurrimientos por manejos inadecuados en la tierra, filtraciones de pozos petroleros costeros y filtraciones naturales. Por último, la creciente demanda de peces para alimentar a una población humana en crecimiento, junto de tecnologías de pesca más eficientes, ha resultado en la disminución de importantes grupos de peces.

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www.oliverclases.forochile.org Las tierras húmedas (pantanos, manglares) y las fuentes de agua dulce, como ríos, lagos y lagunas, han sido utilizadas en forma indiscriminada, especialmente para el consumo humano o para la actividad agropecuaria e industrial. El uso de compuestos químicos nitrogenados y fosfatados provenientes de detergentes, jabones y otros productos, pueden provocar un fenómeno -especialmente en aguas de poca circulación, como bahías, estuarios cerrados o semicerrados, orillas de ríos- conocido como eutroficación. Este fenómeno corresponde al sobreenriquecimiento de las aguas, que provoca un explosivo crecimiento de algas y otros organismos con ciclos de vida cortos. La muerte de estos causa un incremento de bacterias y otros descomponedores, los cuales reducen la cantidad de oxígeno, agotando este recurso para la vida acuática. Como consecuencia final toda la vida acuática perece. Impacto sobre el aire El aire limpio o sea sin contaminantes, está compuesto principalmente por nitrógeno (78%) y por oxígeno (21%). El porcentaje restante de gases lo constituye el dióxido de carbono, argón, y otros como el vapor de agua (0,01% a 0,038%). En forma permanente hay liberación de gases contaminantes hacia la atmósfera, los que se mezclan y se distribuyen por todo el planeta, no importando su lugar de emisión. Entre las principales fuentes contaminantes están las industrias, los hogares, los automóviles, buces y otros medios de transporte, cuyas emisiones gaseosas tienden a disminuir la concentración de ozono (O3) de la estratosfera y a aumentar el de la troposfera (parte de la atmósfera más cercana a la Tierra), donde es un gas contaminante y principal componente del smog urbano.

Entre los principales contaminantes de la atmósfera se encuentran: Dióxido de carbono (CO2) Este gas, junto con otros gases, absorben la radiación infrarroja, lo que provoca un aumento en la temperatura del planeta (efecto invernadero).

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www.oliverclases.forochile.org El CO2 disminuye la formación natural del ozono (O3) en la estratosfera y aumenta su velocidad de formación artificial en la troposfera. Metano (CH4) y monóxido de carbono (CO) Su origen es natural y humano. El CO disminuye la capacidad de captar oxígeno, lo cual afecta, por ejemplo, las funciones cerebrales. Efecto invernadero El dióxido de carbono constituye sólo una pequeña fracción de la atmósfera de la Tierra, aproximadamente 0,0035 %, pero en los últimos 100 años ha ido aumentando, principalmente como consecuencia del aumento en la combustión de combustibles fósiles. Los análisis recientes han mostrado que la destrucción de las selvas también contribuye al aumento de los niveles de CO2 en la atmósfera. El CO2 tiene una propiedad importante por lo que su acumulación es preocupante ya que atrapa calor. Este gas actúa como el cristal en un invernadero, permitiendo que entre la energía en forma de luz solar, pero absorbe y conserva esa energía una vez que se ha convertido en calor. Varios gases de invernadero comparten esta propiedad, incluyendo al metano, los clorofluorocarbonos y el óxido nitroso. Muchos científicos creen que el efecto invernadero, posiblemente cause un aumento de 1,5º a 4,5º en la temperatura global promedio para finales del siguiente siglo. Cuando se derrita el casquete polar y los glaciares como respuesta al calentamiento atmosférico, subirá el nivel del mar, amenazando a muchas islas de escasa altitud y ciudades costeras. Otra consecuencia, preocupante de la tendencia de calentamiento es el cambio en la distribución global de la temperatura y de las precipitaciones. En la Conferencia de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente de 1992 (Eco –92) se firmó el primer acuerdo internacional para poner en marcha, como medida precautoria, la restricción de la emisión de gases invernadero. En el año 1998 tuvo lugar la última reunión en Buenos Aires. Sin embargo, a pesar del conocimiento mundial del efecto invernadero, los avances son lentos debido a que los principales países emisores son renuentes a imponer restricciones que serían impopulares en sus territorios (como por ejemplo, restringir el uso del automóvil) y además sufren presiones de particulares en contra de cambios tecnológicos rápidos. Prefieren pagar a terceros países, llamados “bonos verdes” para que implementen sumideros de CO2 sobre todo en forma de reforestaciones masivas, aun cuando la efectividad de este método es dudoso, pues la vida media de un árbol parece que es demasiado breve para actuar como sumidero.

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Hidrocarburos halogenados Son compuestos orgánicos cuya estructura contiene Cloro, Flúor o Bromo, siendo comúnmente denominados compuestos clorofluorocarbonados (CFC). Se originan sólo de la actividad humana, principalmente del uso de aerosoles y refrigerantes. Son muy estables en la troposfera y tiene una vida media muy larga. Los CFC son los responsables directos de la destrucción de la capa de ozono en la estratosfera. El dióxido de azufre (SO2) Y el plomo provienen, principalmente, de los automóviles y de la actividad industrial. Sus efectos dañinos posibles son a nivel del sistema circulatorio, nervioso y reproductor.

El Óxido nitroso y dióxido de azufre Son causantes de la lluvia ácida. Estos compuestos se relacionan principalmente con el uso de combustibles fósiles, como por ejemplo, el petróleo, como fuente de energía. Cuando los óxidos de nitrógeno se combinan con el vapor de agua en la atmósfera, se convierten en ácido nítrico y el dióxido de azufre se convierte en ácido sulfúrico. Días después y a veces a miles de kilómetros de la fuente, caen lo ácidos, ya sea disueltos en lluvia o como partículas secas microscópicas. Los ácidos corroen los edificios, dañan los árboles y las cosechas y dejan a los lagos sin vida. La lluvia ácida también puede matar a microorganismos descomponedores, con lo que se impide el regreso de nutrientes al suelo. Las plantas, envenenadas y privadas de nutrientes se debilitan y se hacen más vulnerables a las infecciones y a los ataques de insectos. Un ejemplo dramático, del efecto de las lluvias ácidas en los seres vivos, se presenta en Holanda, en donde las aves canoras no se están reproduciendo bien, ponen huevos con cascarones delgados, en los cuales se desarrollan embriones con deformaciones en los huesos, evidencia de la deficiencia de calcio. Los investigadores han descubierto que estas

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www.oliverclases.forochile.org aves obtienen la mayor parte de su calcio de los caracoles, cuyas conchas son ricas en este mineral. Sin embargo, durante los últimos 20 años las poblaciones de caracoles han desaparecido casi por completo, como resultado de las lluvias ácidas. Por lo tanto, las aves canoras podrían ser las próximas en desaparecer.

¿Qué sucedería si se deteriora completamente la capa de ozono? La capa de ozono se encuentra aproximadamente a 30 Km de altura en la atmósfera y su función es protegernos de los rayos ultravioletas provenientes del sol, evitando que éstos alcancen la superficie terrestre, por lo tanto su deterioro, traería consecuencias nefastas para la vida. La sobreexposición a los rayos ultravioletas, sin ningún tipo de protección, puede causar mutaciones en el material genético, afectar al sistema inmune y provocar cáncer a la piel. En el caso de las plantas, disminuye su capacidad fotosintética.

Impacto sobre la vida silvestre El hombre ha alterado el balance de las poblaciones naturales en ciertas áreas con la introducción de nuevas y exóticas especies para controlar pestes y depredadores. El hombre, sin lugar, a dudas actúa de manera determinante en el equilibrio de la naturaleza. Sin embargo, esta acción muchas veces modifica negativamente el medio,

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www.oliverclases.forochile.org ocasionando graves alteraciones al equilibrio natural, amenazando dramáticamente su propia existencia. Sobre la agricultura: - Devastación de praderas y deforestación. - Sobre-explotación de recursos naturales. - Utilización de pesticidas no biodegradables (DDT).

Contaminación Ambiental: - Eliminación inadecuada de basuras. - Eliminación de productos tóxicos por industrias, vehículos motorizados y en la actividad doméstica, provocando con ello polución atmosférica. Conservación de los recursos Para conservar los recursos renovables se requiere de un trabajo responsable en todos los niveles de la sociedad. La población, en general, debe respetar los recursos utilizándolos en forma racional y evitando contaminar el ambiente. Las empresas que explotan recursos deben cumplir las normativas vigentes de conservación, elaborando planes de manejo que no pongan en riesgo el ambiente ni la disponibilidad de recursos, tanto en el presente como en el futuro. El gobierno debe implementar políticas para la conservación de recursos y garantizar su aplicación. En la actualidad Chile cuenta con un “Sistema Nacional de Áreas Silvestres Protegidas”, que consiste en proteger y manejar, estos ambientes naturales para conseguir los objetivos de protección y conservación. Comprende a todas las áreas declaradas Parques Nacionales, Reservas Nacionales, Monumentos Nacionales, entre otros, administradas por la Corporación Nacional Forestal (CONAF), dependiente del Ministerio de Agricultura.

Estados de conservación Según la experiencia internacional, no es posible fijar un número poblacional que límite cada categoría de conservación ni tampoco una superficie mínima de hábitat para decir que

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www.oliverclases.forochile.org una especie está en peligro de extinción o no. Se debe usar el criterio y consenso de los especialistas en flora y fauna para fijar el estado de conservación de cada especie. Las siguientes categorías y sus definiciones, han sido tomadas del Libro Rojo de la Flora y Fauna Chilena. Extinta Especie que no ha sido localizada en estado silvestre en los últimos 50 años. Ejemplos: el Tuco-tuco (mamífero) de Isla Riesco y el Zarapito boreal (ave). En peligro Especie en peligro de extinción y cuya supervivencia es poco probable si los factores causales de peligro continúan operando. Se incluyen las especies cuyas poblaciones han sido reducidas a un nivel crítico o cuyo hábitat ha sido reducido tan drásticamente que se considera que están en inmediato peligro de extinción. También se incluyen las especies que posiblemente ya están extinguidas, pero que han sido vistas en estado silvestre dentro de los últimos 50 años. En Chile existen 50 taxa de vertebrados, algunos de ellos son: Chinchilla chilena, el Huemul, Lobo de dos pelos de Juan Fernández, el Quirquincho de la puna, Cisne Corcoroba, Picaflor de Juan Fernández, Ranita de Darwin, Trucha Negra (pez continental) entre otras.

Vulnerables Especies de las cuales se cree que pasarán en el futuro cercano a la categoría en peligro si los factores causales de la amenaza continúan operando. Se incluye especies de las cuales la mayor parte o todas las poblaciones están disminuyendo debido a la sobreexplotación, destrucción amplia del hábitat u otras alteraciones ambientales; especies con poblaciones que han sido seriamente agotadas y cuya protección definitiva no está aún asegurada y

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www.oliverclases.forochile.org especies con poblaciones que son aún abundantes, pero que están bajo amenaza por acción de factores adversos a través de su área de distribución. En Chile existen 92 taxa de vertebrados terrestres, algunos ejemplos son: la Vicuña, el Pudú, la Culebra de cola larga y corta, el Ñandú (ave), el Cisne de cuello negro, el Cóndor, la Rana chilena, y el Róbalo (pez continental), entre otras.

Rara Especie cuya población mundial es pequeña, que no se encuentra actualmente En peligro, ni son vulnerables, pero que están sujetas a cierto riesgo. Estas especies se localizan normalmente en hábitat restringidos o tienen una bajísima densidad a través de una distribución más o menos amplia. En Chile existen 53 taxa de vertebrados, por ejemplo: el Monito del Monte Chilote, Gato Montés Andino, Garza Cuca, Gaviota Andina, Lagarto Dragón, etc.

Amenaza indeterminada Especies respecto de las cuales se sabe que corresponden, ya sea a la categoría En peligro, Vulnerable o Rara, pero no se sabe a ciencia cierta cuál es la más apropiada. En Chile sólo hay 2 taxa y son el Chingue Real y el Ratón Chinchilla de Bennett.

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www.oliverclases.forochile.org Fuera de peligro Especie que antes estuvo incluida en una de las categorías anteriores, pero que en la actualidad se considera relativamente segura debido a la adopción de medidas efectivas de conservación o a que la amenaza que existía ha sido eliminada. En Chile existen 6 taxa de vertebrados. Por ejemplo: el Coipo (mamífero), Lobo fino austral (mamífero) Inadecuadamente conocida Especie que se supone pertenece a una de las categorías anteriores, pero respecto de las cuales no se tiene certeza a falta de información. En Chile existen 46 taxa, por ejemplo: el Zorro Culpeo, el Halcón peregrino Austral, el Sapito de cuatro ojos, entre otros.

Por otra parte el Libro Rojo de la Flora Terrestre Chilena menciona varias especies en peligro de extinción inmediato: Belloto del sur, Queule, Ruil, entre otras.

Finalmente, y para terminar este capítulo, es oportuno señalar que: “La humanidad entera puede crecer y aprovechar lo que la naturaleza le ofrece, pero sin quebrantar el orden natural”.

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www.oliverclases.forochile.org Capitulo XV. ADN Como Material Genético 1. Modelo de Watson y Crick James Watson y Francis Crick publicaron su análisis sobre la estructura del ADN en 1953. Construyendo modelos ceñidos a la información y experimentación, propusieron la forma de la doble hélice del ADN. Este modelo tiene las siguientes características: 1. Dos largas cadenas polinucleotídicas están enrolladas alrededor de un eje central, formando una doble hélice hacia la derecha (dextrogira). 2. Las dos cadenas son antiparalelas, es decir, la orientación 5' a 3' va en sentidos contrarios. 3. Las bases de las dos cadenas yacen formando estructuras planas y perpendiculares al eje, están apiladas unas sobre las otras, separadas 0,34 nm, y se encuentran en el interior de la estructura. 4. Las bases nitrogenadas de las cadenas opuestas están apareadas como resultado de la formación de puentes de hidrógeno. En el ADN sólo se permiten los emparejamientos A-T y G–C. 5. Cada vuelta completa de la hélice tiene una longitud de 3,4 nm, de este modo cada vuelta de la cadena contiene 10 pares de bases. 6. En cualquier segmento de la molécula, se observan un surco mayor y uno menor alternados a lo largo del eje. 7. La doble hélice mide 2,0 nm de diámetro.

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www.oliverclases.forochile.org Nucleótidos Los nucleótidos son las unidades mínimas de construcción de los ácidos nucleicos, tanto ADN como ARN. Todo nucleótido está formado por un grupo fosfato, que es el mismo para cualquier nucleótido, tal como se observa en la siguiente figura.

Además del grupo fosfato se encuentra un azúcar del tipo pentosa. Para el ADN se trata de la desoxirribosa; para el ARN se trata de la ribosa. La diferencia entre ambas se encuentra en la posición 2´, donde la ribosa tiene un átomo de oxígeno más. Esta pequeña diferencia hace que la ribosa en el ARN no pueda conformarse como una doble hebra.

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www.oliverclases.forochile.org Las bases nitrogenadas pertenecen a dos grupos: bases púricas y bases pirimídicas.

Este ácido nucleico está constituido por sólo una cadena de ribonucleótidos. El ADN y el ARN presentan diferencias. Criterio Pentosa Organización Bases Nitrogenas

ADN Desoxirribosa Doble hebra A, G, C, T

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ARN Ribosa Monohebra A, G, C, U



www.oliverclases.forochile.org Se pueden definir 3 clases de ARN ARN mensajero (ARNm). Este ARN contiene la información que le ha traspasado el ADN para dirigir la formación de una proteína en particular, actuando como intermediario. El ARNm se organiza en base a codones que especifican el aminoácido que se debe incorporar a la proteína en formación. Un codón es un triplete, es decir, 3 nucleótidos. ARN de transferencia (ARNt). Al igual que el ARNm, participa en la síntesis de proteínas en forma complementaria, de manera que también se organiza en base a un triplete, que ahora llamamos anticodón, y que lee en forma específica los codones del ARNm. ARN ribosomal (ARNr). Es el más abundante en la célula, formando parte del ribosoma, que es una asociación entre ARNr y proteínas, en donde se produce la lectura del ARNm para traducirlo en una proteína específica.

2. Transmisión de la Información Génetica Replicación del ADN La replicación es el proceso que permite la formación de nuevas copias de la información genética a partir de una molécula patrón. En otro sentido, es la duplicación de la totalidad de los genes que posee una célula para que pasen en cantidades equitativas a las células hijas. Cada copia de ADN es idéntica a la otra en cantidad y calidad de información genética. La replicación requiere de la separación de las 2 cadenas de la doble hélice. La separación es fundamental, debido a que cada cadena de polinucleótidos sirve de molde para la síntesis de una nueva molécula de ADN. La replicación sigue la regla del apareamiento de bases, A con T y C con G. La replicación del ADN es semiconservativa, es decir, se sintetiza la mitad del ADN, mientras que la otra mitad proviene de la molécula original. El ADN es sintetizado por enzimas denominadas ADN polimerasas, que son necesarias no sólo para la replicación del ADN, sino que también para su reparación. La replicación en procariontes y eucariontes es bidireccional, con la diferencia de que en procariontes se tiene sólo un origen de replicación y en eucariontes existen múltiples orígenes de replicación (lo que se justifica por el mayor tamaño del material genético

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www.oliverclases.forochile.org eucariótico). Otra diferencia está en que el ADN eucariótico posee nucleosomas y éstos se arman simultáneamente con la replicación del ADN. Enzimología de la replicación La enzima topoisomerasa se encarga de desenrollar el ADN, aliviando la tensión del superenrollamiento. Esta acción es necesaria para que las enzimas puedan actuar sobre el ADN y replicarlo.

Luego, la enzima helicasa continúa con el desenrollamiento y, además, rompe puentes de hidrógeno. La doble hebra se abre exponiendo los moldes, lo que se conoce como horquilla de replicación. Existen proteínas de unión a la cadena simple que son importantes para mantener la estabilidad de la horquilla de replicación. Las ADN polimerasas sólo adicionan nucleótidos sobre un fragmento previo de ácido nucleico, ya sea ADN o ARN, lo que se denomina cebador o primer. La enzima responsable es primasa. Existen dos moldes para la síntesis de ADN: una hebra es de copia continua o adelantada y la otra es discontinua o retrasada. En la hebra de copia continua se agregan nucleótidos por la actividad de la ADN polimerasa. Esta misma enzima es capaz de corregir un error. La hebra retrasada se sintetiza de una forma más compleja. La ADN polimerasa agrega nucleótidos luego del cebador. Cuando la doble hebra se vuelve a abrir para exponer más del

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www.oliverclases.forochile.org molde, se debe agregar un nuevo cebador y sintetizar el ADN correspondiente. Cada segmento nuevo de ADN de la hebra retrasada se conoce como fragmento de Okasaki. A medida que avanza la copia de la hebra retrasada, la ADN polimerasa elimina los cebadores. Los espacios que se generan en la hebra retrasada son unidos por la ADN ligasa.

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Libro De Apuntes PSU Biología Electiva CPECH (OliverClases)

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