Actividad de: INVESTIGACIÓN, Y PENSAMIENTO CRÍTICO
COM SOC AUT INV PEN
Estructura del sistema nervioso y neuronas
NDC
señalización neuronal
Impulsos nerviosos
TAR
Sinapsis y neurotransmisores
TDC
C2.2
Receptores sensoriales
ojb
¿Cómo se coordina el cuerpo de un organismo multicelular?
Sistema nervioso
El sistema nervioso transmite la información en forma de impulsos eléctricos a todo el cuerpo. Es el principal sistema de coordinación de los animales. Citológicamente, consiste en un gran grupo de neuronas interconectadas, organizadas en: - Sistema nervioso central (SNC): cerebro y médula espinal - Sistema nervioso periférico (SNP): neuronas sensoras (de receptores al SNC) y motoras (del SNC a los efectores: músculos y glándulas). Los ganglios son acumulaciones de neuronas, mientras que los nervios son haces de axones envueltos en tejido conjuntivo protector.
Sistema nervioso
Existen tres tipos de neuronas: - Neuronas sensoriales: parte del SNP, conectan los sensores con el SNC para enviar la información recibida en ellos. - Neuronas motoras o somáticas: parte del SNP, conectan el SNC con los efectores para producir la respuesta - Neuronas de asociación o interneuronas: parte del SNC, conectan sensores con efectores
Sistema nervioso
Las neuronas motoras presentan una forma característica: - Un cuerpo celular rodeado de terminaciones cortas, dendritas - Una terminación larga, axón, por donde se transmite el impulso - Una cobertura lipídica alrededor del axón, la vaina de mielina, producida por unas células acompañantes, las células de Schwann (o células de la glía). - Estas vainas son aislantes eléctricas y ayudan a que el impulso nervioso se transmita más rápido, dejando unos “huecos”: nódulos de Ranvier.
Potencial de membrana
Tanto en el exterior como en el interior de la neurona hay numerosos iones de distinto tipo que configuran una carga eléctrica diferencial. Una serie de bombas de iones aseguran que la concentración de iones Na+ sea mayor en el exterior y la de iones K+ sea mayor en el interior, empleando para ello energía en forma de ATP. Las principales son las bombas de sodio-potasio que sacan 3 iones Na+ a la vez que introducen 2 de K+ en un cotransporte antiporte activo. En total el interior de la célula es más negativo que el exterior, generando una polarización, un gradiente electroquímico que se conoce como potencial de membrana en reposo o simplemente potencial de reposo. Este potencial de reposo es de alrededor de -70 mV.
Potencial de acción
Un impulso nervioso es, en esencia, un cambio coordinado de la polaridad de la membrana. Al modificarse las concentraciones de iones, cambia la polaridad y esto se transmite como electricidad.Hay tres tipos de proteínas transportadoras que actúan en la transmisión de un impulso nervioso, también llamado potencial de acción: - Canales de sodio dependientes de voltaje - Canales de potasio dependientes de voltaje - Bombas de sodio-potasio
Potencial de acción. Fases
La transmisión del potencial de acción tiene tres fases. La primera etapa es la despolarización. En ella, unos canales de sodio se abren, permitiendo el paso pasivo de iones Na+ al interior a favor de gradiente y cambiando el signo de la diferencia de potencial. Ésta se hace positiva respecto al interior (+30 mV). La segunda etapa es la repolarización. En ella, son los canales de potasio los que se abren permitiendo el paso pasivo de iones K+ del interior al exterior siguiendo gradiente. Este proceso sigue hasta superarse el potencial de reposo (llegando a -80 mV). En este momento, tanto los canales de sodio como los de potasio se cierran. La última etapa es el periodo refractario, en el que las bombas de Na-K restablecen el potencial de reposo y las concentraciones de Na+ y K+ (que habían sido invertidas con el impulso nervioso) mediante transporte activo.
Propagación del potencial de acción
Los cambios en la polaridad de la membrana son capaces de activar los canales vecinos. Aunque en principio esto ocurre en todas direcciones, los procesos de repolarización y periodo refractario impiden la transmisión "hacia atrás", haciendo de facto que el impulso se mueva en una dirección. El potencial de acción ocurre siempre que las concentraciones de iones generen una diferencia de potencial superior a cierto potencial umbral (normalmente -55 mV). Cualquier cambio que genere un potencial inferior no generará potencial de acción y, por tanto, no habrá impulso nervioso. Mediante un osciloscopio se pueden identificar los estados del impulso nervioso.
Velocidad del impulso nervioso
La velocidad a la que viaja el impulso nervioso depende de dos factores principalmente: el diámetro del axón y la presencia de vainas de mielina. Por un lado, axones más gruesos transmiten el impulso más rápidamente. Esto se debe a la mayor presencia de canales y bombas iónicas y a una menor resistencia al movimiento interno de iones a lo largo del axón (los iones cercanos a la membrana son ligeramente retenidos por fuerza electrostática). Por otro lado, la presencia de vainas de mielina acelera drásticamente la velocidad del impulso. La mielina es una sustancia lipídica (colesterol, fosfolípidos y esfingolípidos) que cubre el axón e impide el funcionamiento de los canales y bombas de esa porción. Sólo los canales en los nódulos de Ranvier se activan, haciendo la conducción saltatoria más rápida y eficiente.
Sinapsis
Cuando el impulso nervioso llega al final del axón (neurona presináptica), activa unos canales de calcio dependientes de voltaje. Iones de Ca2+ entran al interior de la neurona, donde ejerce de señal de activación para una vía de transducción, que termina con la activación de unas vesículas con neurotransmisores. Entre dos neuronas hay un hueco de unos 20 nm, la hendidura sináptica. Los neurotransmisores atraviesan esta hendidura y se unen a receptores de membrana en la neurona receptora (postsináptica). Esta unión abre canales de sodio, haciendo que éstos entren al interior y generando así un potencial de acción en la neurona postsináptica, que se transmite de la forma habitual. El neurotransmisor se degrada en la hendidura para evitar que active más receptores. Los fragmentos vuelven a entrar en la neurona presináptica para regenerar el neurotransmisor.
Neurotransmisores
Los neurotransmisores pueden ser excitadores o inhibidores del potencial de acción postsináptico. Un ejemplo de neurotransmisor excitador, que interviene en la sinapsis de muchos tipos de señal nerviosa (entre otros, la contracción muscular) es la acetilcolina. Esta molécula es señal para los receptores colinérgicos, generando un potencial de acción postsináptico. La enzima acetilcolinesterasa rompe la molécula en acetato y colina, de modo que sólo la colina vuelve a la neurona presináptica. Un ejemplo de neurotransmisor inhibidor es el ácido gamma-aminobutírico (GABA). Éste neurotransmisor no activa canales de sodio postsinápticos, sino canales de potasio y cloro que en conjunto hacen que el interior de la célula sea más negativo y generando así una hiperpolarización de la membrana.
Sustancias exógenas
Muchas sustancias externas al organismo (exógenas) pueden alterar el funcionamiento natural de la sinapsis. Los insecticidas neonicotinoides, por ejemplo, tienen una estructura similar a la nicotina, acoplándose a los receptores nicotínicos (un tipo de receptores colinérgicos) pero sin generar el potencial de acción postsináptico. Además, el neonicotinoide no se desacopla del receptor, por lo que éste queda inutilizado permanentemente. El insecto acaba muriendo por parálisis muscular, incluido el músculo cardíaco. Otro ejemplo es la cocaína, que afecta a la secreción del neurotransmisor dopamina. La dopamina participa en sensación de recompensa, búsqueda de placer y motivación. La cocaína impide que la dopamina desaparezca de la hendidura sináptica, mediante el bloque de una proteína encargada de su descomposición. La dopamina se acumula y el cerebro se inunda de la sensación.
Efecto combinado
A una misma neurona le llegan señales tanto excitadoras como inhibidoras por varias vías. Esta neurona generará un potencial de acción si el efecto combinado de todas las señales que le llegan conlleva a que la membrana se despolarice por encima de un nivel umbral.Si el efecto combinado despolariza la membrana a valores por encima de -55 mV, se genera un feedback positivo por el que el proceso de despolarización se completa. En el caso de que no llegue a ese valor, se queda en un intento fallido. En este sentido, no existen potenciales de acción más o menos fuertes. O se supera el umbral y se genera o no.
Percepción del dolor
Los receptores sensoriales son generalmente terminaciones nerviosas de dos tipos: - Libres, en la piel o cerca de otros órganos. - Asociados a estructuras receptoras. Los receptores asociados a estructuras generan un impulso nervioso cuando el receptor detecta un cambio para el que está preparado (frío, calor, presión, movimiento...). Los nociceptores (receptores del dolor) no tienen un órgano asociado, sino que son terminaciones nerviosas libres con canales de cationes. Estos canales se abren en presencia de diversas sustancias potencialmente dolorosas como temperaturas altas, medios ácidos o determinadas sustancias como la capsaicina (presente en los pimientos).
TdC: reduccionismo vs emergentismo
A la hora de estudiar un proceso complejo, la ciencia suele promover la adopción de un enfoque reduccionista. En el estudio de las neuronas y su funcionamiento, lo descompone en sus elementos más básicos como los potenciales de acción y las sinapsis, para comprender cómo el cerebro y el sistema nervioso en su conjunto funcionan. Este método permite un análisis preciso y controlado de cada paso involucrado en la transmisión nerviosa. Sin embargo, cuando nos enfrentamos a cuestiones más amplias, como la aparición de la conciencia, surgen dudas sobre si el reduccionismo por sí solo es suficiente para explicarlo todo.A pesar de nuestra comprensión profunda de las neuronas, no podemos aún explicar cómo estas interacciones a nivel celular dan lugar a experiencias subjetivas, como los pensamientos, las emociones o la percepción del "yo". Este es un ejemplo de lo que se conoce como emergentismo, la idea de que las propiedades complejas de un sistema no pueden ser deducidas solo a partir de sus partes. ¿En qué medida el reduccionismo en las ciencias biológicas nos permite entender el funcionamiento de los organismos vivos, y en qué punto se hace necesario adoptar una perspectiva emergentista para comprender fenómenos como la conciencia o la vida misma? ¿Qué implicaciones tiene esto para la forma en que construimos y validamos el conocimiento científico?
Nicotina y etanol
Modificadores de la sinapsis
Numerosas sustancias químicas exógenas pueden alterar el funcionamiento normal de la sinapsis, de modo directo o indirecto, como activador o como inhibidor. Muchas de estas sustancias se consideran drogas porque, además de sus efectos sobre el cuerpo, alteran el mecanismo cerebral de recompensa.Investiga el efecto de: - La nicotina en los receptores nicotínicos (un tipo de receptores colinérgicos) - El etanol en los receptores de GABA. Elabora un informe empleando al menos tres fuentes de información y citándolas correctamente
Actividad de: INVESTIGACIÓN, Y PENSAMIENTO CRÍTICO
Composición de nucleótidos en ADN
Pregunta de datos
Observa la tabla y responde a las preguntas
- Compara la composición de bases en Mycobacterium (un procariota) con la de los eucariotas.
- Calcula la proporción A+G / T+C en humanos y en Mycobacterium. Muestra tus cálculos.
- Evalúa la afirmación de que en el ADN en eucariotas y procariotas, la cantidad de adenina+timina y la de guanina+citosina es igual.
- Explica las proporciones de cantidades de bases en procariotas y eucariotas haciendo referencia a la estructura del ADN.
- Sugiere razones para las diferencias en composición de bases entre el bacteriófago T2 y el virus de la Polio.
Estructura de un nucleótido
Debes ser capaz de esbozar un esquema de un nucleótido genérico, e indicar sus componentes. No es necesario representar todos los átomos. Por convención se emplean:
- Pentágonos para el azúcar
- Círculos para el grupo fosfato
- Rectángulos para la base nitrogenada
El uso de metáforas para acceder al conocimiento
Un problema que tiene la comprensión del conocimiento científico es su elevado nivel de abstracción y complejidad. Sin embargo el empleo de metáforas y alegorías permite un acceso más universal al conocimiento.
- ¿De qué manera permite un mejor acceso al conocimiento el empleo de metáforas en ciencias?
- ¿Qué limitaciones a la calidad del conocimiento pueden suponer las simplificaciones asociadas a las metáforas?
Avances tecnológicos
Naturaleza de la ciencia
Los avances tecnológicos abren nuevas vías de experimentación. Desde casos tan "básicos" como el descrubrimiento y refinamiento del microscopio óptico hasta el marcaje por inmunofluorescencia, la tecnología se pone al servicio de la investigación científica para abrir nuevos campos o escalas y permite realizar observaciones y obtener evidencias imposibles de otra forma.
- ¿Cómo se emplearon radioisótopos en el experimento de Hersey y Chase?
- ¿Podemos "medir" el conocimiento que desconocemos por falta de una tecnología adecuada?
DP-BIO2-C2.2 Señalización neuronal
Javier Otegui
Created on September 19, 2024
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Actividad de: INVESTIGACIÓN, Y PENSAMIENTO CRÍTICO
COM SOC AUT INV PEN
Estructura del sistema nervioso y neuronas
NDC
señalización neuronal
Impulsos nerviosos
TAR
Sinapsis y neurotransmisores
TDC
C2.2
Receptores sensoriales
ojb
¿Cómo se coordina el cuerpo de un organismo multicelular?
Sistema nervioso
El sistema nervioso transmite la información en forma de impulsos eléctricos a todo el cuerpo. Es el principal sistema de coordinación de los animales. Citológicamente, consiste en un gran grupo de neuronas interconectadas, organizadas en: - Sistema nervioso central (SNC): cerebro y médula espinal - Sistema nervioso periférico (SNP): neuronas sensoras (de receptores al SNC) y motoras (del SNC a los efectores: músculos y glándulas). Los ganglios son acumulaciones de neuronas, mientras que los nervios son haces de axones envueltos en tejido conjuntivo protector.
Sistema nervioso
Existen tres tipos de neuronas: - Neuronas sensoriales: parte del SNP, conectan los sensores con el SNC para enviar la información recibida en ellos. - Neuronas motoras o somáticas: parte del SNP, conectan el SNC con los efectores para producir la respuesta - Neuronas de asociación o interneuronas: parte del SNC, conectan sensores con efectores
Sistema nervioso
Las neuronas motoras presentan una forma característica: - Un cuerpo celular rodeado de terminaciones cortas, dendritas - Una terminación larga, axón, por donde se transmite el impulso - Una cobertura lipídica alrededor del axón, la vaina de mielina, producida por unas células acompañantes, las células de Schwann (o células de la glía). - Estas vainas son aislantes eléctricas y ayudan a que el impulso nervioso se transmita más rápido, dejando unos “huecos”: nódulos de Ranvier.
Potencial de membrana
Tanto en el exterior como en el interior de la neurona hay numerosos iones de distinto tipo que configuran una carga eléctrica diferencial. Una serie de bombas de iones aseguran que la concentración de iones Na+ sea mayor en el exterior y la de iones K+ sea mayor en el interior, empleando para ello energía en forma de ATP. Las principales son las bombas de sodio-potasio que sacan 3 iones Na+ a la vez que introducen 2 de K+ en un cotransporte antiporte activo. En total el interior de la célula es más negativo que el exterior, generando una polarización, un gradiente electroquímico que se conoce como potencial de membrana en reposo o simplemente potencial de reposo. Este potencial de reposo es de alrededor de -70 mV.
Potencial de acción
Un impulso nervioso es, en esencia, un cambio coordinado de la polaridad de la membrana. Al modificarse las concentraciones de iones, cambia la polaridad y esto se transmite como electricidad.Hay tres tipos de proteínas transportadoras que actúan en la transmisión de un impulso nervioso, también llamado potencial de acción: - Canales de sodio dependientes de voltaje - Canales de potasio dependientes de voltaje - Bombas de sodio-potasio
Potencial de acción. Fases
La transmisión del potencial de acción tiene tres fases. La primera etapa es la despolarización. En ella, unos canales de sodio se abren, permitiendo el paso pasivo de iones Na+ al interior a favor de gradiente y cambiando el signo de la diferencia de potencial. Ésta se hace positiva respecto al interior (+30 mV). La segunda etapa es la repolarización. En ella, son los canales de potasio los que se abren permitiendo el paso pasivo de iones K+ del interior al exterior siguiendo gradiente. Este proceso sigue hasta superarse el potencial de reposo (llegando a -80 mV). En este momento, tanto los canales de sodio como los de potasio se cierran. La última etapa es el periodo refractario, en el que las bombas de Na-K restablecen el potencial de reposo y las concentraciones de Na+ y K+ (que habían sido invertidas con el impulso nervioso) mediante transporte activo.
Propagación del potencial de acción
Los cambios en la polaridad de la membrana son capaces de activar los canales vecinos. Aunque en principio esto ocurre en todas direcciones, los procesos de repolarización y periodo refractario impiden la transmisión "hacia atrás", haciendo de facto que el impulso se mueva en una dirección. El potencial de acción ocurre siempre que las concentraciones de iones generen una diferencia de potencial superior a cierto potencial umbral (normalmente -55 mV). Cualquier cambio que genere un potencial inferior no generará potencial de acción y, por tanto, no habrá impulso nervioso. Mediante un osciloscopio se pueden identificar los estados del impulso nervioso.
Velocidad del impulso nervioso
La velocidad a la que viaja el impulso nervioso depende de dos factores principalmente: el diámetro del axón y la presencia de vainas de mielina. Por un lado, axones más gruesos transmiten el impulso más rápidamente. Esto se debe a la mayor presencia de canales y bombas iónicas y a una menor resistencia al movimiento interno de iones a lo largo del axón (los iones cercanos a la membrana son ligeramente retenidos por fuerza electrostática). Por otro lado, la presencia de vainas de mielina acelera drásticamente la velocidad del impulso. La mielina es una sustancia lipídica (colesterol, fosfolípidos y esfingolípidos) que cubre el axón e impide el funcionamiento de los canales y bombas de esa porción. Sólo los canales en los nódulos de Ranvier se activan, haciendo la conducción saltatoria más rápida y eficiente.
Sinapsis
Cuando el impulso nervioso llega al final del axón (neurona presináptica), activa unos canales de calcio dependientes de voltaje. Iones de Ca2+ entran al interior de la neurona, donde ejerce de señal de activación para una vía de transducción, que termina con la activación de unas vesículas con neurotransmisores. Entre dos neuronas hay un hueco de unos 20 nm, la hendidura sináptica. Los neurotransmisores atraviesan esta hendidura y se unen a receptores de membrana en la neurona receptora (postsináptica). Esta unión abre canales de sodio, haciendo que éstos entren al interior y generando así un potencial de acción en la neurona postsináptica, que se transmite de la forma habitual. El neurotransmisor se degrada en la hendidura para evitar que active más receptores. Los fragmentos vuelven a entrar en la neurona presináptica para regenerar el neurotransmisor.
Neurotransmisores
Los neurotransmisores pueden ser excitadores o inhibidores del potencial de acción postsináptico. Un ejemplo de neurotransmisor excitador, que interviene en la sinapsis de muchos tipos de señal nerviosa (entre otros, la contracción muscular) es la acetilcolina. Esta molécula es señal para los receptores colinérgicos, generando un potencial de acción postsináptico. La enzima acetilcolinesterasa rompe la molécula en acetato y colina, de modo que sólo la colina vuelve a la neurona presináptica. Un ejemplo de neurotransmisor inhibidor es el ácido gamma-aminobutírico (GABA). Éste neurotransmisor no activa canales de sodio postsinápticos, sino canales de potasio y cloro que en conjunto hacen que el interior de la célula sea más negativo y generando así una hiperpolarización de la membrana.
Sustancias exógenas
Muchas sustancias externas al organismo (exógenas) pueden alterar el funcionamiento natural de la sinapsis. Los insecticidas neonicotinoides, por ejemplo, tienen una estructura similar a la nicotina, acoplándose a los receptores nicotínicos (un tipo de receptores colinérgicos) pero sin generar el potencial de acción postsináptico. Además, el neonicotinoide no se desacopla del receptor, por lo que éste queda inutilizado permanentemente. El insecto acaba muriendo por parálisis muscular, incluido el músculo cardíaco. Otro ejemplo es la cocaína, que afecta a la secreción del neurotransmisor dopamina. La dopamina participa en sensación de recompensa, búsqueda de placer y motivación. La cocaína impide que la dopamina desaparezca de la hendidura sináptica, mediante el bloque de una proteína encargada de su descomposición. La dopamina se acumula y el cerebro se inunda de la sensación.
Efecto combinado
A una misma neurona le llegan señales tanto excitadoras como inhibidoras por varias vías. Esta neurona generará un potencial de acción si el efecto combinado de todas las señales que le llegan conlleva a que la membrana se despolarice por encima de un nivel umbral.Si el efecto combinado despolariza la membrana a valores por encima de -55 mV, se genera un feedback positivo por el que el proceso de despolarización se completa. En el caso de que no llegue a ese valor, se queda en un intento fallido. En este sentido, no existen potenciales de acción más o menos fuertes. O se supera el umbral y se genera o no.
Percepción del dolor
Los receptores sensoriales son generalmente terminaciones nerviosas de dos tipos: - Libres, en la piel o cerca de otros órganos. - Asociados a estructuras receptoras. Los receptores asociados a estructuras generan un impulso nervioso cuando el receptor detecta un cambio para el que está preparado (frío, calor, presión, movimiento...). Los nociceptores (receptores del dolor) no tienen un órgano asociado, sino que son terminaciones nerviosas libres con canales de cationes. Estos canales se abren en presencia de diversas sustancias potencialmente dolorosas como temperaturas altas, medios ácidos o determinadas sustancias como la capsaicina (presente en los pimientos).
TdC: reduccionismo vs emergentismo
A la hora de estudiar un proceso complejo, la ciencia suele promover la adopción de un enfoque reduccionista. En el estudio de las neuronas y su funcionamiento, lo descompone en sus elementos más básicos como los potenciales de acción y las sinapsis, para comprender cómo el cerebro y el sistema nervioso en su conjunto funcionan. Este método permite un análisis preciso y controlado de cada paso involucrado en la transmisión nerviosa. Sin embargo, cuando nos enfrentamos a cuestiones más amplias, como la aparición de la conciencia, surgen dudas sobre si el reduccionismo por sí solo es suficiente para explicarlo todo.A pesar de nuestra comprensión profunda de las neuronas, no podemos aún explicar cómo estas interacciones a nivel celular dan lugar a experiencias subjetivas, como los pensamientos, las emociones o la percepción del "yo". Este es un ejemplo de lo que se conoce como emergentismo, la idea de que las propiedades complejas de un sistema no pueden ser deducidas solo a partir de sus partes. ¿En qué medida el reduccionismo en las ciencias biológicas nos permite entender el funcionamiento de los organismos vivos, y en qué punto se hace necesario adoptar una perspectiva emergentista para comprender fenómenos como la conciencia o la vida misma? ¿Qué implicaciones tiene esto para la forma en que construimos y validamos el conocimiento científico?
Nicotina y etanol
Modificadores de la sinapsis
Numerosas sustancias químicas exógenas pueden alterar el funcionamiento normal de la sinapsis, de modo directo o indirecto, como activador o como inhibidor. Muchas de estas sustancias se consideran drogas porque, además de sus efectos sobre el cuerpo, alteran el mecanismo cerebral de recompensa.Investiga el efecto de: - La nicotina en los receptores nicotínicos (un tipo de receptores colinérgicos) - El etanol en los receptores de GABA. Elabora un informe empleando al menos tres fuentes de información y citándolas correctamente
Actividad de: INVESTIGACIÓN, Y PENSAMIENTO CRÍTICO
Composición de nucleótidos en ADN
Pregunta de datos
Observa la tabla y responde a las preguntas
Estructura de un nucleótido
Debes ser capaz de esbozar un esquema de un nucleótido genérico, e indicar sus componentes. No es necesario representar todos los átomos. Por convención se emplean:
El uso de metáforas para acceder al conocimiento
Un problema que tiene la comprensión del conocimiento científico es su elevado nivel de abstracción y complejidad. Sin embargo el empleo de metáforas y alegorías permite un acceso más universal al conocimiento.
Avances tecnológicos
Naturaleza de la ciencia
Los avances tecnológicos abren nuevas vías de experimentación. Desde casos tan "básicos" como el descrubrimiento y refinamiento del microscopio óptico hasta el marcaje por inmunofluorescencia, la tecnología se pone al servicio de la investigación científica para abrir nuevos campos o escalas y permite realizar observaciones y obtener evidencias imposibles de otra forma.