THIBODEAU, G. y PATTON, K., Anatomía y Fisiología , Harcourt Brace de España.. Capítulo l.Organización del cuerpo UNIDAD UNO / El cuerpo como un todo 2.1 NIVELES DE ORGANIZACIÓN DE LA MATERIA ORGÁNICA Antes de que empiece el estudio de la estructura y función del cuerpo humano y de sus numerosas partes, es importante pensar en cómo están organizadas esas partes y cómo deben, lógicamente, encajar entre sí para funcionar eficazmente. Nivel químico: base para la vida La organización del cuerpo empieza a nivel químico. Hay más de 100 bloques químicos de construcción de la naturaleza, llamados átomos (diminutas esferas de materia, tan pequeñas que son invisibles). Todo ente material de nuestro universo, incluido el cuerpo humano, está formado por átomos. Las combinaciones de átomos forman agregados químicos más grandes, denominados moléculas. A su vez, las moléculas se combinan con frecuencia con otros átomos y moléculas, formando sustancias químicas mayores y más complejas, denominadas macromoléculas. Las inimitables y complejas relaciones que existen entre átomos, moléculas y macromoléculas del material vivo forman un material semi fluido, de tipo matriz, llamado citoplasma. Si no se mantienen las relaciones adecuadas entre los elementos químicos, se produce la muerte. El mantenimiento del tipo de organización química del citoplasma, necesario para la vida, exige el consumo de energía. Nivel de organelas Los constituyentes químicos se pueden organizar en unidades mayores, denominadas células, para formar muy diversas estructuras, a las que se denomina organelas, el nivel siguiente de organización. Las organelas pueden definirse como colecciones de moléculas organizadas, de tal modo que pueden realizar una determinada función. La propiedad de adición de estas estructuras es lo que permite la vida de la célula. Las organelas no pueden sobrevivir fuera de la célula, y la célula no es tal sin ellas. Se han identificado más de dos docenas de organelas. He aquí algunos ejemplos: mitocondrias, la «residencia de la energía» de las células, que proporcionan la necesaria para realizar la función diaria, el crecimiento y la reparación; el aparato de Golgi, que desarrolla un servicio de «envasado» a la célula, almacenando material para su futuro uso interno o para exportar desde la célula, y el retículo endoplasmático, o conductos de transporte dentro de la célula, que actúan como vías para el movimiento de las sustancias químicas. Un ejemplo: Cromosomas Cariotipo humano con Trisomía en el par 21: Sindrome de Down Esquema de cariotipo humano Nivel celular Las características de la vida son, finalmente, el resultado de una jerarquía de estructura y 1 THIBODEAU, G. y PATTON, K., Anatomía y Fisiología , Harcourt Brace de España.. Capítulo l. Organización del cuerpo UNIDAD UNO / El cuerpo como un todo función que empieza con la organización de átomos, moléculas y macromoléculas. El siguiente paso es la organización continua que da lugar a las organelas. Sin embargo, cuando se ve desde el punto de vista del anatomista, la función más importante de los niveles químico y de organelas en la organización es proporcionar los ladrillos básicos y las estructuras especializadas necesarios para el siguiente nivel de la estructura corporal, el nivel celular. Las células son las unidades estructurales más pequeñas y numerosas que poseen y muestran las características básicas de la sustancia viva. ¿Cuántas células hay en el cuerpo? El cálculo correspondiente a un cuerpo humano adulto de unos 70 kilos sitúa esta cifra en 100.000.000.000.000, cien billones. Cada célula está rodeada por una membrana y se caracteriza por un núcleo rodeado por el citoplasma que contiene numerosas organelas necesarias para su actividad especializada. Aunque todas las células tienen ciertas características en común, se especializan o se diferencian para realizar funciones únicas. Por ejemplo, las células grasas se han modificado estructuralmente para permitir el almacenamiento de lípidos. Las células musculares, óseas, nerviosas y hemáticas se han especializado para el movimiento, el sostén, la transmisión de impulsos o de oxígeno. Nivel hístico o tisular Los tejidos representan otro paso en la organización progresiva o jerárquica de la materia viva. Por definición, un tejido es una organización de células, especializadas en realizar una determinada función. Los tejidos están rodeados por cantidades y tipos variables de sustancias intercelulares, no vivientes, o matriz. Hay cuatro tipos principales de tejidos: epitelial, conjuntivo muscular y nervioso. Considerando la compleja naturaleza del cuerpo humano, la lista de los principales tejidos es sorprendentemente corta. Sin embargo, cada uno de ellos puede dividirse en una serie de sub tipos especializados. Todos juntos, los tejidos son capaces de cubrir todas las necesidades estructurales y funcionales del cuerpo. Nivel orgánico Los órganos son unidades más complejas que los tejidos. Los órganos son conjuntos de varios tipos distintos de tejidos, puestos de tal modo que puedan realizar una función especial. Por ejemplo, los pulmones son una muestra de organización a nivel orgánico; el músculo y los tejidos conjuntivos especializados forman los numerosos tubos que transportan el aire los tejidos epiteliales recubren los sacos aéreos microscópicos y el tejido nervioso permite controlar el paso del aire y la contracción muscular. Los tejidos rara vez existen aislados. Por el contrario, forman órganos que representan unidades operativas independientes, pero funcionalmente complejas. Cada órgano tiene una forma, tamaño, aspecto y situación en el cuerpo y todos ellos pueden identificarse por el tipo de tejidos que los forman. Los pulmones, corazón, cerebro, riñones, hígado y bazo son ejemplos de órganos. Nivel sistémico Los sistemas son las más complejas unidades organización que constituyen el cuerpo. El nivel sistémico de organización incluye un número y clase variables de órganos, dispuestos de modo que todos juntos puedan realizar funciones corporales complejas (funciones destinadas a cumplir necesidades esenciales). 2.2 CÉLULA ANIMAL En nuestro organismo hay células de las más variadas clases y se agrupan para formar tejidos, órganos y sistemas. Tienen una estructura básica, muy organizada. 2 THIBODEAU, G. y PATTON, K., Anatomía y Fisiología , Harcourt Brace de España.. Capítulo l. Organización del cuerpo UNIDAD UNO / El cuerpo como un todo Poseen una envoltura elástica y fina llamada membrana plasmática. En el centro de la célula está el núcleo, que controla todo lo que está en su interior. Para su estudio se delimitan estructuras celulares: Todas las células vivientes poseen protoplasma, que en términos simples es el citoplasma más el núcleo celular. Este está compuesto de agua, electrolitos, proteínas, sales inorgánicas, glucosa, lípidos, entre otros elementos. El citoplasma que comprende todo el volumen de la célula, salvo el núcleo, es el medio en el cual ocurren los cambios químicos y las reacciones metabólicas de la célula. Está compuesto por una solución acuosa de aspecto viscoso, llamada citosol, que engloba a numerosas estructuras especializadas y organelas celulares, es un gel de base acuosa, donde se producen muchas de las funciones metabólicas más importantes. Al igual que nuestro esqueleto da forma al cuerpo, cada una de las células tiene una configuración a base de finos túbulos y filamentos que se conoce como citoesqueleto. La estructura más destacada es el núcleo, delimitado por una doble membrana. Su interior se comunica con el citoplasma a través de aperturas que hay en la pared de la membrana (poros nucleares). En su interior se encuentra el nucleolo, una estructura que interviene en la formación de las subunidades ribosómicas. Además, está el material genético, que contiene la información para producir componentes celulares y para la duplicación de la célula. La interacción de la célula con el medio que la rodea se realiza a través de la membrana plasmática, que es su estructura más externa. Está formada por lípidos y proteínas y presenta pequeños espacios, a través de los cuales pasan sustancias, tales como el O2, hacia su interior y salen los productos de desecho, como el CO2. Esquema de membrana plasmática 2.2.1 Organelas Estas pequeñas estructuras, cumplen funciones complejas y definidas. 3 THIBODEAU, G. y PATTON, K., Anatomía y Fisiología , Harcourt Brace de España.. Capítulo l. Organización del cuerpo UNIDAD UNO / El cuerpo como un todo En las mitocondrias se queman diferentes componentes para recuperar la energía que contienen y convertirla en ATP, que después de transportarse a otros organelas, es utilizado como combustible en diversos procesos. Existen cerca de unas 2.000 mitocondrias por célula, pero hay algunas células que desarrollan trabajos intensos, como las musculares, que tienen un número mayor de estas organelas. El retículo endoplasmático es un sistema membranoso formado por laminillas, vesículas (o sacos) y tubos aplanados. Puede ser liso o rugoso y esta característica está dada por los ribosomas que se le adhieren. El retículo endoplasmático liso carece de ribosomas y debe cumplir varias funciones, entre ellas: el transporte celular, la fabricación de lípidos y la metabolización de otras sustancias químicas. El retículo endoplasmático rugoso presenta ribosomas en la superficie de su membrana y tiene como función sintetizar (crear) proteínas y lípidos y almacenarlos antes de ser transportadas a su destino final. Todas las células tienen que mantener su propio citoplasma, y para ello deben sintetizar proteínas para sustituir los elementos gastados, proceso que tiene lugar en los ribosomas. Estas son estructuras sin membrana, encargadas de crear las proteínas a partir de la información genética que le llega del ADN. Son de reducido tamaño y están presentes en todas las células vivas (excepto en el espermatozoide). El aparato (complejo) de Golgi -compuesto por pequeños sacos membranosos llamados dictiosomastiene como función ordenar y almacenar productos como las proteínas (elaboradas en el retículo endoplasmático rugoso). Los lisosomas son vesículas englobadas por una membrana, que se forman en el aparato de Golgi y que contienen un gran número de enzimas degradantes que sirven para digerir materiales de origen interno (sus propios desechos) o externo (sustancias extrañas que hayan entrado a la célula por fagocitosis) y luego, eliminarlos a través de la membrana celular. Los peroxisomas o microcuerpos son organelas pequeñas y esféricas, limitadas por membranas, muy parecidas a los lisosomas, aunque se distinguen de éstos porque disponen de contenidos enzimáticos muy diferentes. Realizan la oxidación de ciertas sustancias. Los centríolos son estructuras cilíndricas, que desempeñan un papel importante en los procesos de división y locomoción celular. 2.2.2 Ácidos nucleicos En el núcleo se encuentran los diminutos cromosomas (en el humano son 46: 44 autosomas y dos cromosomas sexuales), que contienen toda la información necesaria para que la célula funcione. Los cromosomas están conformados por una larga molécula conocida como ADN (ácido desoxirribonucleico), que es un verdadero libro de instrucciones vitales. El ADN contiene unos 100 mil genes. 4