Comportamiento animal

El comportamiento, cuya función es la supervivencia de los individuos y la perpetuación de la especie, comprende todas las actividades observables de un organismo. Consiste en una serie de respuestas que se desencadenan frente a los estímulos.

Los estímulos pueden provenir : del ambiente, de otro organismo vivo o del propio organismo.

Se puede considerar al estímulo como la "llave" que abre una "puerta", es decir desencadena determinados comportamientos en los individuos.

Las actividades que componen el comportamiento tienen su base fisiológica en los receptores sensoriales, los efectores y los sistemas de coordinación, de cuya interacción dependen los tipos de respuestas.

Comportamiento apetitivo y acto consumatorio

En los animales existe un tipo de comportamiento directamente relacionado con la autoperpetuación, motivado por un impulso interno que se desencadena gracias a uno o varios estímulos-llave: es el denominado comportamiento apetitivo. Las respuestas se realizan a nivel de los efectores (músculos, cilios, glándulas, etc.) y se concretan en actos, casi siempre muy parecidos, por lo que se los denomina actos estereotipados o modelos fijos de movimiento.

El comportamiento apetitivo incluye tres fases:

Fase de apetencia

Comienza cuando se desencadena la respuesta. Por ejemplo la búsqueda del alimento.

Fase de consumación

Consiste en la satisfacción de la apetencia, es decir, dar respuesta a un estímulo. De acuerdo al ejemplo anterior, la consumación se produce cuando se ingiere el alimento.

Fase de saciedad

Sobreviene una etapa de quietud, una atenuación de la conducta de apetencia.

Los actos estereotipados implican movimientos que pueden seguir o no una determinada dirección hacia el objeto que genera el estímulo; estos movimientos reciben el nombre de orientación. Existen dos tipos principales de orientación: 

Ortocinesis, movimiento de aceleración o desaceleración que depende de la intensidad del estímulo pero no sigue una dirección precisa hacia él.

Taxia o taxismo, movimiento de acercamiento o alejamiento respecto de la fuente del estímulo, es decir con una dirección precisa.

Comportamientos innato y adquirido

El comportamiento innato es el que se hereda de los padres y se halla inscrito en la dotación genética del individuo.
El comportamiento adquirido es el que surge del aprendizaje del individuo en su constante interacción con el ambiente.
De todas maneras todo comportamiento adquirido tiene una base genética, y los comportamientos innatos están influidos por el ambiente y requieren de cierto aprendizaje.


Tipos de comportamiento de acuerdo al nivel de complejidad

El primer nivel consiste en respuestas sencillas y automáticas de los seres vivos ante un estímulo. Ejemplos: movimientos de orientación de las plantas y los actos reflejos de los animales.
El segundo nivel implica un comportamiento activo por parte del animal, en el que la influencia del aprendizaje se suma a los componentes heredados. Dentro de esta categoría se incluyen los reflejos condicionados, el apareamiento, la búsqueda de alimento, la defensa y el ataque.
El tercer nivel supone comportamientos complejos que se dan en los animales superiores, como la exploración y el juego.

El comportamiento adquirido se basa en la adquisición y el desarrollo de nuevas capacidades tomadas de experiencias previas, es decir, en el aprendizaje.
Existen distintos tipos de aprendizaje:
Habituación o acostumbramiento, consiste en la modificación del comportamiento innato provocado por la repetición del estímulo.
Reflejos condicionados, surge al asociar un estímulo secundario con un estímulo primario, que desencadena una respuesta instintiva.
Ensayo y error, se basa en la repetición de determinados actos, para los que hay varias opciones relacionadas con "recompensas" o "castigos".
Aprendizaje por discernimiento o inteligente, se lleva a cabo mediante la percepción de varias experiencias distintas y pasadas, que se integran y se aplican en una nueva experiencia y superior, y posibilita al animal conseguir lo que quiere.
Existe un tipo de comportamiento, denominado impronta o impresión (del inglés: imprinting) que consiste en un proceso de aprendizaje muy corto, en el que se produce la fijación temprana de una imagen. La impronta se produce en un determinado período del desarrollo de un animal (período sensible), que generalmente coincide con las primeras horas o los primeros días de su vida.

Algunos comportamientos específicos

El comportamiento de los seres vivos se relaciona con determinados ciclos del ambiente. Muchos comportamientos se repiten en forma cíclica cada veinticuatro horas de acuerdo con los cambios del día y de la noche (ritmo circadiano), o en ciclos más prolongados según las variaciones estacionales (ritmo anual o circanual).
Experimentos comprobaron que, aunque el estímulo externo deje de actuar, el organismo responde a éste en forma cíclica, siguiendo los ritmos circadianos o circanuales, por lo que se deduce que esos comportamientos dependen de factores endógenos o internos, también conocidos como relojes biológicos.
Comportamiento de cortejo, tiene como fin la excitación sexual previa al apareamiento.

Comportamiento de migración, originado en la necesidad de habitar regiones en las que los días son más largos.

Comportamiento de orientación, algunas especies se valen de la ecolocalización, emiten ultrasonidos que rebotan en los objetos sólidos circundantes.

Comportamiento de captura del alimento, la captura del alimento exige su previa identificación, ya sea mediante el análisis de estímulos visuales, químicos o mecánicos.

Respuestas de las plantas a los estímulos

Las plantas pueden percibir estímulos y reaccionar ante una serie de cambios de los factores ambientales: humedad, luz, gravedad, contacto y otros. Frente a los estímulos, las plantas responden con movimientos relacionados con el crecimiento y la turgencia, y con variaciones en su desarrollo; esos movimientos obedecen a estímulos internos y externos, y resultan muy lentos para una observación directa.

Los movimientos de crecimiento que responden a estímulos externos se denominan tropismos y, según el estímulo que les da origen, se distinguen: fototropismos (luz); quimiotropismos (sustancias químicas); geotropismos (gravedad); higrotropismos (humedad); tigmotropismos (contacto).

Los tropismos pueden ser positivos, si la planta se aproxima al estímulo, o negativos, si se aleja de él.

TRABAJO PRÁCTICO Nº 1

El Microscopio Óptico

 

Partes del Microscopio

Para su estudio, se pueden distinguir dos partes, una mecánica y otra óptica.

Parte mecánica.- Constituye el soporte de la parte óptica y consta de:

El pie o base del microscopio y el brazo o asa, ambos constituyendo un solo cuerpo.
La platina, placa cuadrada o circular en la que se apoya la preparación a observar. Dispone de unas pinzas que permiten sujetar la preparación. La platina se halla perforada en el centro para dejar paso a los rayos luminosos procedentes de la fuente de luz.
El tubo, pieza cilíndrica y hueca en cuya parte superior se sitúa una lente (el ocular) y en la inferior se encuentra una pieza giratoria llamada revolver que lleva enroscadas otras lentes (los objetivos) que, en este caso, son tres, aunque en otros modelos de microscopio pueden ser más.
Tornillos de enfoque, que permiten el desplazamiento del tubo mediante una cremallera dentada, de modo que, al acercar o alejar el tubo de la preparación se consigue el enfoque de la misma. Son el tornillo macrométrico que hace un desplazamiento rápido y el tornillo micrométrico que hace un avance fino.

Parte óptica.- Comprende los sistemas de lentes y el aparato de iluminación. Consta de las siguientes piezas:

El ocular, llamado así por ser la lente sobre la que se aplica el ojo del observador. Tiene como misión aumentar la imagen producida por el objetivo. Su aumento viene señalado por una cifra y el signo X (5X, 10X, 20X, etc.)
El objetivo, es la lente que se encuentra sobre el objeto (preparación) a observar. Es el elemento óptico más importante, puesto que es el que produce la imagen aumentada del objeto, esta imagen, además, la observamos invertida (el objetivo funciona como una cámara fotográfica) de ahí que, lo que observamos a la derecha de la preparación se encuentre realmente a la izquierda y viceversa. Los aumentos de los objetivos vienen indicados sobre los mismos y pueden ser entre otros, 4X, 10X y 40X. El aumento total del microscopio se obtiene multiplicando los aumentos del ocular por los del objetivo con el que se está realizando la observación.
El aparato de iluminación, está formado por una lámpara que ilumina directamente el objetivo. Existe también un diafragma que se puede abrir o cerrar mediante una palanquita regulando así la intensidad luminosa.

Manejo del Microscopio 

1) Colocar el objetivo de menor aumento

2) Regular la intensidad de luz con el diafragma, dirigir los rayos de luz con el espejo

3) Situar la preparación sobre la platina

4) Acercar el objetivo hasta la preparación sin que llegue a tocarse

5) Con el tornillo macrométrico alejar la preparación del objetivo hasta que se observe el objeto a estudiar

6) Con el tornillo micrométrico enfocar con nitidez

7) Moviendo la preparación se localizan las partes más interesantes para su observación

8) Si se quieren mayores aumentos, girar el revólver para cambiar el objetivo que en aumentos le sigue, corrigiendo levemente el enfoque con el tornillo micrométrico

Mantenimiento y precauciones 

Al finalizar el trabajo, hay que dejar puesto el objetivo de menor aumento en posición de observación, asegurarse de que la parte mecánica de la platina no sobresale del borde de la misma y dejarlo cubierto con su funda.
Cuando no se está utilizando el microscopio, hay que mantenerlo cubierto con su funda para evitar que se ensucien y dañen las lentes. Si no se va a usar de forma prolongada, se debe guardar en su caja dentro de un armario para protegerlo del polvo.
Nunca hay que tocar las lentes con las manos. Si se ensucian, limpiarlas muy suavemente con un papel de filtro o, mejor, con un papel de óptica.
No dejar el portaobjetos puesto sobre la platina si no se está utilizando el microscopio.
Después de utilizar el objetivo de inmersión, hay que limpiar el aceite que queda en el objetivo con pañuelos especiales para óptica o con papel de filtro (menos recomendable). En cualquier caso se pasará el papel por la lente en un solo sentido y con suavidad. Si el aceite ha llegado a secarse y pegarse en el objetivo, hay que limpiarlo con una mezcla de alcohol-acetona (7:3) o xilol. No hay que abusar de este tipo de limpieza, porque si se aplican estos disolventes en exceso se pueden dañar las lentes y su sujeción.
No forzar nunca los tornillos giratorios del microscopio (macrométrico, micrométrico, platina, revólver y condensador).
El cambio de objetivo se hace girando el revólver y dirigiendo siempre la mirada a la preparación para prevenir el roce de la lente con la muestra. No cambiar nunca de objetivo agarrándolo por el tubo del mismo ni hacerlo mientras se está observando a través del ocular.
Mantener seca y limpia la platina del microscopio. Si se derrama sobre ella algún líquido, secarlo con un paño. Si se mancha de aceite, limpiarla con un paño humedecido en xilol.

Actividades 

a) Hacer un esquema del microscopio

b) Reconocer las partes del microscopio

c) Dibujar el preparado observado a menor y mayor aumento

TRABAJO PRÁCTICO Nº 0

Normas generales de uso del laboratorio

1. Antes de realizar una práctica, debe leerse detenidamente para adquirir una idea clara de su objetivo, fundamento y técnica. Los resultados deben ser siempre anotados cuidadosamente apenas se conozcan.
2. El orden y la limpieza deben presidir todas las experiencias de laboratorio. En consecuencia, al terminar cada práctica se procederá a limpiar cuidadosamente el material que se ha utilizado.
3. Cada grupo de prácticas se responsabilizará de su zona de trabajo y de su material.
4. Antes de utilizar un compuesto hay que fijarse en la etiqueta para asegurarse de que es el que se necesita y de los posibles riesgos de su manipulación.
5. No devolver nunca a los frascos de origen los sobrantes de los productos utilizados sin consultar con el profesor.
6. No tocar con las manos y menos con la boca los productos químicos.
7. Todo el material, especialmente los aparatos delicados, como lupas y microscopios, deben manejarse con cuidado evitando los golpes o el forzar sus mecanismos.
8. Los productos inflamables (gases, alcohol, éter, etc.) deben mantenerse alejados de las llamas de los mecheros. Si hay que calentar tubos de ensayo con estos productos, se hará al baño María, nunca directamente a la llama. Si se manejan mecheros de gas se debe tener mucho cuidado de cerrar las llaves de paso al apagar la llama.
9. Cuando se manejan productos corrosivos (ácidos, álcalis, etc.) deberá hacerse con cuidado para evitar que salpiquen el cuerpo o los vestidos. Nunca se verterán bruscamente en los tubos de ensayo, sino que se dejarán resbalar suavemente por su pared.
10. Cuando se quiera diluir un ácido, nunca se debe echar agua sobre ellos; siempre al contrario: ácido sobre agua.
11. Cuando se vierta un producto líquido, el frasco que lo contiene se inclinará de forma que la etiqueta quede en la parte superior para evitar que si escurre líquido se deteriore dicha etiqueta y no se pueda identificar el contenido del frasco.
12. No pipetear nunca con la boca. Se debe utilizar una jeringuilla.
13. Las pipetas se tomarán de forma que sea el dedo índice el que tape su extremo superior para regular la caída de líquido.
14. Al enrasar un líquido con una determinada división de escala graduada debe evitarse el error de paralaje levantando el recipiente graduado a la altura de los ojos para que la visual al enrase sea horizontal.
15. Cuando se calientan a la llama tubos de ensayo que contienen líquidos debe evitarse la ebullición violenta por el peligro que existe de producir salpicaduras. El tubo de ensayo se acercará a la llama inclinado y procurando que ésta actúe sobre la mitad superior del contenido y, cuando se observe que se inicia la ebullición rápida, se retirará, acercándolo nuevamente a los pocos segundos y retirándolo otra vez al producirse una nueva ebullición, realizando así un calentamiento intermitente. En cualquier caso, se evitará dirigir la boca del tubo hacia la cara o hacia otra persona.
16. Cualquier material de vidrio no debe enfriarse bruscamente justo después de haberlos calentado con el fin de evitar roturas.
17. Los cubreobjetos y portaobjetos deben tomarse por los bordes para evitar que se engrasen.

Procesamiento sensorial: la iniciación del impulso nervioso

1. La información sensorial es recibida por el sistema nervioso periférico y procesada por neuronas y sinapsis sensoriales de la médula espinal y del encéfalo. La sensación es la respuesta de los receptores sensoriales a estímulos específicos y su posterior procesamiento neurofisiológico. La percepción es el resultado de la integración y el procesamiento de las sensaciones por los centros nerviosos superiores; estos procesos ocurren sobre la base de experiencias pasadas y producen un todo explicable y consciente.

2. El procesamiento sensorial comienza con la transducción, que consiste en la conversión de la energía de un estímulo (presión, calor, moléculas, vibraciones o luz) en la energía eléctrica de un potencial nervioso. En todos los casos primero se origina un potencial generador. Si este potencial supera cierto umbral, se genera un potencial de acción que viaja por las vías sensoriales aferentes.

3. Las diferentes modalidades entre los sentidos (tacto, visión u olfato) radican en la especificidad del receptor, la frecuencia de transmisión, las vías sensoriales y su análisis e interpretación en zonas especiales del sistema nervioso central.

4. Existen distintos tipos de receptores sensoriales: los mecanorreceptores, que responden al tacto, a la posición del cuerpo y al estímulo de ondas sonoras; los quimiorreceptores, que responden al sabor, al olor y a la concentración de sustancias en el medio interno; los fotorreceptores, que responden a la luz; los termorreceptores y los nocirreceptores. Algunos animales también tienen electrorreceptores y magnetorreceptores.

5. Los sistemas sensoriales reciben información del ambiente y la transmiten al sistema nervioso central, que la utiliza para cuatro funciones: el mantenimiento de la activación nerviosa, la percepción, la regulación de las funciones de los órganos internos y el control del movimiento, incluidos los movimientos reflejos. El sistema nervioso también recibe información desde el interior del cuerpo y la usa en la regulación de la homeostasis del organismo (temperatura corporal, presión sanguínea, frecuencia cardíaca y respiratoria, etc.).

Los principales sistemas sensoriales de los animales

6. El sistema somatosensorial posee mecanorreceptores distribuidos por todo el cuerpo. Procesa diversas sensaciones: la estimulación mecánica de la superficie corporal provoca la sensación táctil; los desplazamientos mecánicos de los músculos y las articulaciones provocan la propiocepción, que conduce a la sensación de la postura corporal; los estímulos químicos, mecánicos o térmicos nocivos provocan dolor (nocicepción); los estímulos fríos y calientes provocan sensaciones térmicas.

7. La quimiorrecepción es el más primitivo y extendido de los sentidos animales. Los quimiorreceptores captan diversos tipos de moléculas disueltas en el agua o en el aire. Los exterorreceptores obtienen información de estímulos químicos a distancia; los interorreceptores registran variaciones en parámetros fisiológicos. 

8. En los vertebrados terrestres, el olfato depende de la quimiorrecepción de sustancias transportadas por el aire. El sabor de los alimentos depende de los estímulos que llegan hasta el epitelio olfativo, ya que a través del gusto sólo se diferencian los sabores dulce, ácido, amargo y salado. Las feromonas son captadas por el órgano vomeronasal. Todas estas sensaciones químicas intervienen en un amplio abanico de comportamientos básicos que involucran alimentación, reproducción, relaciones sociales y alarma.

Fig. 32-3. El olfato

(a) El epitelio olfatorio, un tejido especializado que recubre el techo de cada cavidad nasal, es responsable de nuestro sentido del olfato. (b) El epitelio olfatorio está compuesto de tres tipos de células: células de soporte, células basales y neurorreceptores olfatorios, que son los receptores sensoriales. Las células de soporte son largas y columnares, más anchas cerca de la superficie que en las zonas profundas del tejido, y sus superficies externas están cubiertas con microvellosidades –semejantes a las que se encuentran en la superficie de las células intestinales– y cilios. Los movimientos de estas estructuras, junto con las proteínas del moco circundante, desempeñarían una función en el transporte de las moléculas odoríferas a los neurorreceptores olfatorios y, posteriormente, en su eliminación. Las células basales, de forma triangular, se encuentran a lo largo de la capa más interna del epitelio. Su función se desconoce, pero se piensa que pueden dar origen a nuevos neurorreceptores olfatorios cuando se requiere su renovación. Las neuronas sensoriales olfativas llevan información a través de una vía multisináptica a zonas específicas del encéfalo. A partir de las señales recibidas de los varios tipos celulares diferentes, el cerebro construye un “cuadro'' de un olor.

9. La audición es la percepción de los sonidos a través de las vibraciones que se producen en el aire y en el agua. En el oído de los mamíferos se reconocen tres zonas: oído externo, medio e interno. El oído externo consta de un pabellón y un canal auditivo. Estas estructuras colectan y encauzan el sonido hacia el oído medio, una cavidad llena de aire limitada por dos membranas (el tímpano y la membrana oval) conectadas por tres pequeños huesos (martillo, yunque y estribo). Estos huesos amplifican las ondas sonoras mediante percusión sobre la ventana oval. El oído interno es un sistema complejo de cámaras y tubos intercomunicados. En uno de ellos, la cóclea, se encuentran los mecanorreceptores que traducen en impulsos nerviosos los estímulos mecánicos que llegan a su superficie en forma de vibraciones.

Fig. 32-4. El oído

(a) El oído está formado por tres compartimientos: el oído externo, el medio y el interno. Las ondas de sonido entran por el oído externo, chocan con la membrana timpánica y la hacen vibrar. Las vibraciones se transmiten a través del martillo, el yunque y el estribo, a la membrana de la ventana oval. Como esta última membrana es más pequeña que el tímpano, la presión se distribuye en un área menor y da por resultado una presión mayor (fuerza por unidad de área). Así, el sonido que entró por el oído externo se amplifica. En el oído interno también se encuentra el aparato vestibular (sáculo-utrículo y canales

semicirculares) que informa sobre el equilibrio. (b) La cóclea es un canal espiralado, dividido en dos cámaras, una superior y otra inferior, con un canal timpánico entre ellas. Las tres cámaras contienen líquido. El piso del canal timpánico está formado por la membrana basilar, sobre la cual yace el órgano de Corti, el verdadero órgano sensorial. Este órgano contiene miles de células pilosas, sensibles a vibraciones, cuyos estereocilios están en contacto con una membrana rígida, la membrana tectorial que forma un techo sobre el órgano de Corti. Cuando el líquido dentro de la cóclea recibe las vibraciones procedentes de la ventana oval, sacude a la membrana basilar flexible; este movimiento flexiona los estereocilios. Este estímulo mecánico despolariza a las células pilosas, aumenta la liberación de neurotransmisores y, una vez alcanzado el umbral, se desencadena el potencial de acción. Los axones de las neuronas con las que estas células hacen sinapsis forman el nervio auditivo que transporta estas sensaciones al cerebro. La membrana basilar no es homogénea en su ancho ni en su elasticidad: es más estrecha y menos elástica en el extremo más cercano al oído medio. Por ello no vibra uniformemente a lo largo de su longitud. Así, diferentes áreas de la membrana, y diferentes células pilosas, responden a sonidos de distintas frecuencias, o tonos, o directamente no responden a ciertos sonidos, como los de tono muy bajo.

10. El sistema vestibular está formado por los canales semicirculares, el utrículo y el sáculo, en el oído interno, que están relacionados con el equilibrio y la posición relativa de nuestro cuerpo en el espacio. Presentan células ciliadas, inmersas en un líquido viscoso, que responden a cambios en la posición de la cabeza con respecto a la gravedad y la aceleración. El movimiento vertical u horizontal estimula al sáculo y al utrículo mediante la acción de otolitos.

11. La luz atraviesa el ojo de los vertebrados por medio de dos estructuras transparentes, la córnea y el cristalino. Este último enfoca una imagen invertida sobre la retina, en la parte posterior del globo ocular. La disposición de las fibras del nervio óptico vuelve a invertir la imagen, que llega a la corteza cerebral en su posición original. La visión estereoscópica proviene de la superposición del campo visual de ambos ojos.

12. La retina del ojo de los vertebrados contiene dos tipos de fotorreceptores: los bastones y los conos. Los bastones son responsables de la visión acromática; los conos, de la visión en color. Los fotorreceptores estimulados envían señales a las células bipolares y a las células ganglionares. Los axones de las células ganglionares forman el nervio óptico que conecta la retina con el encéfalo.

Fig. 32-5. Vista tridimensional del ojo humano

El ojo humano es un órgano complejo compuesto de tres capas de tejido que forman una esfera llena de líquido. La capa externa, la esclerótica, es tejido conjuntivo blanco y fibroso que cumple una función protectora. La porción anterior de la esclerótica, la córnea, es transparente. La capa media, la coroides, contiene vasos sanguíneos. Su porción anterior se modifica y forma el músculo ciliar, el ligamento suspensor y el iris. El músculo ciliar es un círculo de músculo liso desde el cual se extienden los ligamentos suspensores que mantienen al cristalino en posición. La parte coloreada del ojo, el iris, es una estructura circular unida al cuerpo ciliar. La pupila es un orificio en el centro del iris, cuyo tamaño es regulado por el control de los músculos circulares del

iris. La capa más interna del ojo, la retina, contiene las células fotorreceptoras: los bastones y los conos. Sobre esta capa se forman las imágenes reflejadas en forma invertida. La fóvea, cerca del centro de la retina, es la zona de mayor agudeza visual. Sólo la parte frontal del ojo está expuesta; el resto del globo ocular se encuentra inserto y protegido por la cuenca ósea del cráneo.

La respuesta a la información: la contracción muscular

13. Los movimientos se dividen en tres clases: respuestas reflejas (innatas e involuntarias), patrones motores rítmicos (combinan características de los actos reflejos y las acciones voluntarias) y movimientos voluntarios (aprendidos y propositivos).

14. El músculo esquelético está formado por cientos de miles de células musculares multinucleadas (fibras) unidas por tejido conectivo. La membrana celular (sarcolema) presenta invaginaciones denominadas tubos T. El sarcolema puede disparar y propagar un potencial de acción. En el citoplasma hay entre 1.000 y 2.000 miofibrillas.

15. Las miofibrillas se organizan en sarcómeros, que se repiten en serie y son la unidad funcional del músculo esquelético. Cada sarcómero está formado por dos tipos de filamentos contráctiles: gruesos, compuestos por miosina, y delgados, compuestos por actina, tropomiosina y troponina.

16. La contracción muscular produce el acortamiento de la fibra muscular y así transmite fuerza al sistema artroesquelético. Se produce una transformación de energía química (ATP) en energía mecánica (trabajo muscular) y calor.

17. Cuando el músculo es estimulado, los filamentos de actina se deslizan sobre los de miosina. Los filamentos de actina están anclados en una lámina proteica (la línea Z), cuyo movimiento hace que cada sarcómero se acorte. Este movimiento contrae toda la miofibrilla. Según el modelo de filamento deslizante, entre los filamentos gruesos y delgados se forman puentes cruzados que se rompen y se vuelven a formar rápidamente al deslizarse un filamento a lo largo del otro.

Fig. 32-10. La contracción muscular

(a) El músculo estriado esquelético se compone de células musculares individuales (fibras musculares), células cilíndricas, con frecuencia de muchos centímetros de longitud. (b) Cada fibra muscular está constituida por subunidades cilíndricas, las miofibrillas, que contienen proteínas contráctiles que se disponen de un extremo de la célula al otro. (c) La miofibrilla está dividida en segmentos, los sarcómeros, por

particiones delgadas, las líneas Z. Los sarcómeros de las miofibrillas contiguas se encuentran alineados unos con otros y le dan a la célula muscular su apariencia estriada. Cada sarcómero está constituido por filamentos gruesos y delgados. (d) Cuando son estimulados, los filamentos gruesos y delgados se deslizan uno sobre el otro, el sarcómero se acorta y se juntan ambas líneas Z. (e) Cada filamento delgado consiste, principalmente, en dos filamentos de actina enrollados entre sí en una cadena helicoidal. Cada cadena está compuesta por moléculas globulares de actina. Los filamentos gruesos consisten en haces de proteína miosina. Cada molécula individual de miosina está compuesta por dos cadenas proteicas enrolladas en una hélice; el extremo de cada cadena se encuentra plegado en una estructura globular, la “cabeza”. (f) Mecanismo molecular de la contracción muscular. Las cabezas globulares de miosina, con actividad ATPasa, que sobresalen de los filamentos gruesos actúan como palancas que se unen a los sitios activos de las moléculas de actina de los filamentos delgados y forman puentes cruzados. La energía necesaria para la contracción la suministra la molécula de ATP. Al consumirse un ATP, la cabeza de miosina realiza un movimiento de bisagra y se produce el deslizamiento de los filamentos delgados y, en consecuencia, se acorta el sarcómero y así se contraen la miofibrilla y la fibra muscular. Cuando la molécula de ATP se “consume” –se hidroliza a ADP y fosfato– la adición de nuevo ATP permite que la cabeza de miosina “deshaga” el puente cruzado de unión con la molécula de actina. De nuevo, la molécula de miosina puede unirse a otra molécula de actina. Como este proceso se produce rápidamente a lo largo de todo el tramo de miofibrillas con las cabezas de múltiples moléculas de miosina, los filamentos se deslizan, el sarcómero se acorta y la fibra en su conjunto se contrae. Cuando suficientes fibras se han acortado, todo el músculo lo hace produciendo los movimientos del cuerpo.

18. La hidrólisis de ATP por parte de la miosina provee la energía para la formación de los puentes cruzados entre la miosina y la actina y para la rotación de su sitio de unión con la actina. La interacción con una nueva molécula de ATP libera a la miosina del sitio de unión con la actina.

19. La regulación de la contracción del músculo esquelético depende del ion Ca²⁺ y de las proteínas troponina y tropomiosina. La tropomiosina bloquea los sitios activos de unión de los puentes cruzados de actina-miosina. Cuando las moléculas de troponina se combinan con el Ca²⁺, cambian su conformación. Esto provoca el desplazamiento de las cadenas de tropomiosina y la exposición de los sitios de unión de los puentes cruzados.

20. El inicio de la contracción muscular depende de la estimulación producida por una neurona motora. El axón se inserta en la fibra muscular y forma la unión neuromuscular (un tipo de sinapsis química). El neurotransmisor acetilcolina se combina con receptores del sarcolema y despolariza la membrana de la célula muscular, generando un potencial pasivo. Luego inicia un potencial de acción muscular que viaja a lo largo del sarcolema y las invaginaciones del sistema T. A causa del impulso, el retículo sarcoplasmático libera Ca²⁺ al sarcoplasma. Esto produce la liberación de la inhibición por parte de la tropomiosina y el deslizamiento de las miofibrillas y el acortamiento de la fibra muscular.

21. El conjunto del axón de la neurona motora y todas las fibras musculares que inerva se denomina unidad motora. La precisión del movimiento y/o la fuerza de la contracción del músculo depende del número de fibras musculares de cada unidad motora, del número de unidades motoras activadas y de la frecuencia con que son estimuladas.

22. Existen distintos niveles jerárquicos de control de la actividad motora: la médula espinal es el más básico y es el punto final de decisión para los movimien­tos voluntarios y para las acciones reflejas. El nivel siguiente es el tronco encefálico y el más alto, la corteza cerebral. Cada uno de estos dos últimos niveles tiene áreas que se proyectan a la médula espinal. El cerebelo y los núcleos de la base no están implicados directamente en la producción del movimiento, pero modulan y controlan las acciones de los sistemas corticoespinales y del tronco del encéfalo. La retroalimentación que ejerce el sistema sensorial durante el movimiento permite regular la salida motora.

Desarrollo de contenidos

Unidad 1: la respuesta al medio

Contenidos

Mecanismos de respuesta en el nivel organismo. Percepción: modelo de estímulo, procesamiento y respuesta. Diferentes tipos de estímulos y de receptores, relación entre las características del estímulo y del receptor. Diferentes tipos de respuestas: respuesta de huida. Respuestas instintivas versus aprendidas.

El papel de las señales en los comportamientos. La comunicación entre sistemas biológicos.

Mecanismos de respuesta en el nivel celular. Respuestas celulares al ambiente. La percepción a nivel celular. La membrana celular, receptores de membrana. Especificidad señal-receptor, modelo llave cerradura.

Comunicación entre células.

Unidad 2: regulación e integración de funciones

Contenidos

Sistema nervioso. Vías aferentes y eferentes. Sistema nervioso central y periférico. Órganos efectores: músculos y glándulas. Neuronas. Propagación del impulso nervioso. Sinapsis. Neurotransmisores.

Sistema nervioso voluntario y autónomo (simpático y parasimpático).                Sistema endócrino. Concepto de glándula, hormona y tejido blanco. Caso A: Rol de las hormonas en la homeostasis. Regulación de la glucemia: Insulina, glucagón y diabetes. Respuesta celular a la acción de la insulina. Caso B: rol de las hormonas en el desarrollo. Hormonas sexuales. La hipófisis como glándula integradora entre el sistema nervioso y endócrino.

Unidad 3: del ADN al organismo

Contenidos

Las proteínas como moléculas ejecutoras. Función biológica de las proteínas. Enzimas. Proteínas como polímeros con secuencia. Relación estructura y función en las proteínas.

El ADN como la molécula portadora de la información para construir las proteínas. El ADN como polímero con secuencia. Duplicación del ADN. Síntesis de proteínas. El gen como segmento de ADN que codifica una proteína. Mutaciones.