Hasta el momento se ha visto que, para sobrevivir, los organismos biológicos necesitan ser capaces de realizar diferentes funciones por medio de las cuales resuelven los problemas que implica mantenerse como sistemas: Con la nutrición y la obtención de energía cubren sus necesidades de materia y energía, y gracias a la eliminación de residuos resuelven sus problemas de limpieza interna. La irritabilidad les permite mantenerse comunicados con el medio externo e interno y con la homeostasis integran las diferentes partes de un organismo entre sí y con el medio que les rodea.

Con estas funciones, los organismos cumplen los principios de unidad y diversidad; de unidad, pues existen unos cuantos modelos básicos, y de diversidad, porque los diferentes grupos de organismos realizan los esquemas básicos con variaciones de detalle.

Este mecanismo hasta donde se conoce, sólo se presenta en los animales y su realización depende de una célula altamente especializada: la neurona. En la figura 6 puedes observar diferentes clases de neuronas y la representación simplificada de esta célula.

Figura 6.

Las neuronas son células cuya función es determinante para la información, la cual reciben y transportan, y generan las instrucciones de manera que se dé una respuesta. Las diferentes partes de la neurona son las encargadas de las actividades que permitirán que la información fluya de una a otra parte del organismo.

El cuerpo de la neurona a veces recibe información y siempre se encarga de la producción de sustancias que hacen posible el paso del estímulo de una neurona a otra

o de una neurona a otra célula; estas sustancias son los neurotransmisores. Las dendritas son las que constantemente reciben la información ya sea interna o externa.

Por el axón sale la información del cuerpo de la neurona y es conducida a otra neurona o a las células encargadas de las respuestas, células que pueden formar un órgano o no. Las neuronas pueden cumplir con el transporte de información gracias a dos procesos: el impulso nervioso y la sinapsis nerviosa.

El impulso nervioso, en el que participa toda la neurona, está relacionado con la distribución de iones fuera y dentro de la neurona. Esta distribución se modifica como resultado del estímulo. En la figura 7 se describe lo que sucede; estúdiala con atención y realiza las actividades que se te solicitan.

Figura 7.

1. De acuerdo con el esquema de la estructura de la neurona, señala si esta célula es eucarionte o procarionte. Explica tu respuesta.
2. La construcción (síntesis) de neurotransmisores necesita de enzimas. ¿Qué clase de compuestos químicos son las enzimas?
3. ¿En que parte de la célula se encuentra la información para construir las enzimas?
4. ¿Qué partes de la célula participan en la fabricación de enzimas?
5. ¿Qué función desempeña el aparato de Golgi en relación con los neurotransmisores?
6. ¿Qué es un ion?
   1. Anota los iones que se encuentran dentro y fuera de la célula.
   2. Iones intracelulares Iones fuera de la célula.
7. A ambos lados de la membrana citoplásmica hay cargas eléctricas, ¿de qué lado están las positivas y de qué lado están las negativas? ¿De qué dependen dichas cargas?
8. Completa los siguientes párrafos, anotando la palabra o palabras necesarias. − La permeabilidad de la membrana plásmica de la célula se modifica por __________________________. − Al modificarse la permeabilidad de la membrana ,el______________________ entra más rápidamente de lo que sale el _________________________________.
9. Describe cómo quedan distribuidas las cargas en ambos lados de la membrana después de que la permeabilidad de ésta se modifica.
10. Explica si la siguiente afirmación es falsa o verdadera:

En conclusión, el viaje del impulso nervioso se debe al cambio que sufre la distribución de las cargas localizadas a ambos lados de la membrana celular. Dicha modificación se logra por la alteración de la permeabilidad celular provocadas por el estímulo.

A una neurona puede llegarle información de varios lugares y la puede enviar a otra neurona o a un efector. Observa el siguiente diagrama, en él podrás ver las diferentes posibilidades:

1. ¿De dónde puede recibir información una neurona?
2. ¿A dónde puede mandar información una neurona?

En la gran mayoría de los casos, las neuronas no están unidas físicamente entre sí, lo cual determina que el paso de la información no se logre por contacto directo, sino que se realice mediante la fabricación y liberación de una sustancia que actúa sobre la célula con la que se comunica la neurona que está enviando el mensaje.

La sustancia encargada de transferir el mensaje de la neurona remitente a la célula receptora (neurona, célula productora de sustancias o fibra muscular) se llama neurotransmisor y su efecto sobre la célula receptora puede ser estimulante o inhibidor.

El lugar donde el axón de una neurona establece la comunicación con otra neurona o con el efector se llama sinapsis, y, como ya se indicó, no es un contacto físico sino químico.

En la figura 8 puedes observar lo siguiente:

a) Los eventos anteriores a la sinapsis

b) Los componentes de la unión sináptica.

Figura 8.

1. En el botón axónico hay vesículas sinápticas, ¿qué contienen?
2. ¿Qué sucede con las vesículas sinápticas una vez que la neurona ha sido estimulada?
3. Para que se libere el neurotransmisor, ¿qué debe pasarle a la vesícula sináptica?
4. ¿Cómo se llama el lugar en el que se libera el neurotransmisor?
5. ¿A qué clase de célula puede pertenecer la membrana postsináptica?
6. ¿Cómo se llama el espacio entre el botón o bulbo presináptico y la membrana postsináptica?
7. A continuación se da una lista en desorden de lo que ocurre desde el momento en que una neurona es estimulada hasta que la información llega al efector; analiza la información que se te da y, con ayuda de lo presentado hasta aquí, escribela en orden en tu cuaderno. Anota en la línea que se encuentra al lado de cada descripción el número de orden que le corresponda:

___ Cargas negativas fuera y positivas dentro de la membrana.

___ Un estímulo llega a la neurona.

___ La membrana postsináptica recibe al neurotransmisor.

___ La neurona fabrica neurotransmisores.

___ Se modifica la permeabilidad de la membrana.

___ La membrana de la neurona recupera la distribución normal de cargas, positiva fuera de la membrana y negativas dentro.

___ El neurotransmisor es vertido al espacio sináptico.

___ El Na⁺ entra más rápido de lo que sale el K⁺.

___ Vesículas que contienen un neurotransmisor se abren y liberan su contenido.

8. Explica si el neurotransmisor sirve como estímulo de la célula que lo recibe, sea ésta neurona o célula encargada de la respuesta.

Las neuronas se unen estableciendo redes de comunicación y según la labor que desempeñen, se les conoce como neuronas sensitivas, neuronas motoras y neuronas de asociación. Así, con ellas se integra la unidad de funcionamiento de la coordinaciónnerviosa: el arco reflejo (no lo confundas con el acto reflejo, éste es la acción derivada del funcionamiento de un arco reflejo).

Observa el diagrama, en el se representan diferentes posibilidades de arcos reflejos.

neurona sensitiva motora

Receptor neurona

efector

varias)

neurona motora

efector

Completa los siguientes párrafos anotando en los espacios vacíos la palabra o palabras necesarias. El arco reflejo está formado por neuronas; el mínimo es de ____, una neurona _____________________ y una. Cuando participan más neuronas, además de la ________________________________ y la ________________________________________________________ hay neuronas llamadas de ________________________, que puede ser una sola o ______________. La neurona sensitiva __________________ la información, la neurona motora ___________________y la neurona o neuronas de asociación ____________________.

La información viaja a través de las vías nerviosas o nervios, estructuras formadas por la unión de axones. Los axones de las neuronas sensitivas forman los nervios sensitivos, los de las neuronas motoras forman los nervios motores, y si se unen axones de ambos tipos los nervios formados se llaman mixtos.

Las neuronas forman sistemas de diferentes grados de complejidad, misma que depende del tipo de organismo. Va desde una red en las hidras hasta sistemas formados por órganos tan complicados como el cerebro de los primates, entre ellos el del humano.

En la figura 9 puedes observar diferentes tipos de sistemas nerviosos.

En este mecanismo participan sustancias que pueden estar presentes en el medio o ser producidas por el individuo.

1. Anota el nombre de las diferentes clases de sustancias relacionadas con la irritabilidad y homeostasis de un organismo.
2. Anota en tu cuaderno en qué se distinguen las siguientes sustancias.

a) Una hormona de una parahormona. b) Un neurotransmisor de una hormona. c) Un neurotransmisor de una parahormona. d) Una feromona de una parahormona. e) Un neurotransmisor de una feromona.

Las sustancias relacionadas con la irritabilidad y la homeostasis tienen, básicamente, el mismo esquema de funcionamiento. Dicho esquema abarca el nivel célula y el nivel organismo. A nivel célula, la sustancia puede actuar modificando la permeabilidad de la membrana citoplásmica, o bien influir sobre la actividad de los genes. En los organismos unicelulares sólo se da este nivel. En organismos con más de una célula el esquema se complica y la complejidad aumenta conforme crece el número de células.

En el siguiente esquema puedes apreciar las etapas que se dan en estos organismos.

por el organismo.

Transporte de la sustancia por todo el cuerpo hasta llegar a la célula o células sensibles a la sustancia; estas células se llaman células blanco.

La sustancia, al llegar a la célula blanco, puede hacer lo siguiente:

La transcripción y la traducción se activan o suspenden.

1. Dibuja la estructura de la membrana citoplásmica.
2. ¿En qué parte de la célula están los génes?
3. ¿Qué tiene que ver los genes con el DNA?
4. Describe brevemente la estructura química de DNA.
5. ¿En que consiste la trascripción?
6. ¿En que consiste la traducción?

Cualquier ser vivo, ya sea formado por una sola célula, por varias o con estructura cenocítica (varios núcleos en la matriz citoplásmica), es un sistema cuyo grado de complejidad depende del número de unidades que lo forman y de las relaciones entre ellas.

A pesar de estas diferencias en el grado de complejidad, todos los seres vivos mantienen un intercambio de materia y energía con el medio y reciben información tanto en el medio interno como en el externo; además integran y regulan sus funciones. Con esto establecen un flujo de materia, energía e información entre las diferentes partes que lo integran y con el medio que les rodea, para lo cual se valen de diferentes funciones.

Nutrición, producción de energía biológicamente útil (fermentación y respiración que puede ser aerobia o anaerobia) y eliminación de residuos son algunas de dichas funciones que se relacionan directamente con el flujo de energía y materia; de la información se encarga la irritabilidad.

En el siguiente esquema se representan estas funciones y sus relaciones; analízalo y realiza las actividades correspondientes:

Medio externo

Información (I)

1. Describe brevemente la relación entre nutrición y producción de energía biológicamente útil.
2. ¿Qué funciones producen información?
3. ¿De dónde recibe información la irritabilidad?
4. A continuación te exponemos varias afirmaciones, escribe frente a cada una de ellas la letra F si es falsa y una V si es verdadera y anota en tu cuaderno las razones de cada una de tus elecciones.

a) La materia contiene energía. b) La energía que contienen los alimentos se libera por la nutrición. c) La nutrición necesita de energía para llevarse a cabo. d) El organismo consigue la energía necesaria por medio de fermentación

o de algún tipo de respiración.

5. Anota el nombre de dos organismos de cada uno de los reinos, a los cuales se pueda aplicar el esquema con el que trabajaste.

Veamos ahora qué son la irritabilidad, el medio interno y la homeostasis. La irritabilidad es la función mediante la cual los seres vivos reciben información, la procesan y responden a ella; dicha información puede provenir del medio que rodea al organismo o de su interior. Dependiendo de la complejidad de los organismos, se tienen varias posibilidades en cuanto a las rutas que sigue la materia, las cuales puedes observar en la figura 2.

Figura 2. Organismo formado por una sola célula.Figura 3. Organismo formado por unas cuantas células.

Figura 4. Organismo formado por millones de células.

1. ¿Qué es el medio intracelular?
2. ¿Qué es el medio intercelular?
3. ¿Qué rodea a la célula en los organismos unicelulares?
4. ¿Qué rodea a las células en los organismos pluricelulares?
5. ¿De qué están rodeadas las unidades de un organismo cenocítico?
6. Completa la siguiente frase: En los organismos pluricelulares, las células están rodeadas por todos lados por _________________________________, y el material que necesitan les llega por un sistema de transporte por donde circulan ______________________________.
7. ¿De dónde toman las células de un organismo pluricelular los materiales que necesita?
8. Explica si la siguiente afirmación es falsa o verdadera: La célula de un organismo unicelular intercambia materia, energía e información directamente con el medio externo; en cambio, las células de los organismos pluricelulares hacen este intercambio con el medio intercelular, que a su vez, mantiene trueques con el o los líquidos circulantes.

Como puedes observar, la gran mayoría de las células, de los organismos formados por muchas de ellas, no está en contacto con el ambiente en el que se encuentra el individuo; éstas tienen un medio propio, el interno, el cual está formado por el medio intercelular en todos los organismos con varias células, y los líquidos que circulan por el sistema de transporte en aquellos que cuentan con ese sistema.

Si se observan ambos medios, interno y externo, vemos que el medio externo varía de un lugar a otro; en cambio, el medio interno tiende a mantenerse dentro de los límites característicos para cada especie. Entre los aspectos que tienden a mantenerse dentro de ciertos límites en el medio interno están los siguientes:

-Concentración de sustancias que participan en el metabolismo; por ejemplo,

glucosa, oxígeno, dióxido de carbono, enzimas y hormonas.

-El pH (forma de representar la concentración de los iones de hidrógeno).

-La cantidad y el tipo de iones presentes.

-La cantidad de agua.

– La temperatura.

La función que en los seres vivos se encarga de que el medio interno casi no varíe se conoce como homeostasis, esta palabra deriva de dos términos griegos: hómoios: semejante, y stásis: estabilidad. En concreto, la homeostasis es la función del organismo mediante la cual las condiciones del medio interno se mantienen dentro de ciertos límites, siempre y cuando el ambiente externo no rebase los puntos letales (mortales) de la especie. Dicho de otro modo, un organismo puede controlar su medio interno, pero este control no puede mantenerse cuando en el medio externo se dan condiciones incompatibles con la vida de la especie.

Las homeostasis se dan a nivel célula y a nivel organismo. A nivel célula participan la información genética contenida en el DNA y varios organoides celulares, a nivel organismo intervienen los diferentes órganos del individuo. Ambas homeostasis están íntimamente ligadas en los organismos pluricelulares. Para su realización, la homeostasis depende de la irritabilidad y de la retroalimentación. El proceso de la irritabilidad se lleva a cabo de la siguiente manera:

El primer paso es la recepción de uno o varios estímulos, entendiéndose por estímulo cualquier condición del ambiente que puede ser captada por el organismo. El recibimiento de esta información se hace por medio de receptores; en el organismo pueden ser órganos especiales o, bien, células. En la célula los receptores son moléculas que pueden estar en la membrana o en las cadenas de DNA.

Una vez recibida la información, viaja hasta un centro de procesamiento, del cual salen las instrucciones para la respuesta, es decir, la acción que deberá realizar el organismo, la respuesta está a cargo de los efectores.

En cuanto a la retroalimentación, tenemos que es un proceso en el que la información, producida por las actividades de un sistema, sirve para controlar dichas actividades; es decir, el control del sistema depende de la información que producen las actividades del mismo.

1. Define los siguientes conceptos:

a) Medio interno b) Irritabilidad c) Homeostasis d) Estímulo e) Respuesta f) Retroalimentación g) Efector

Nota: No repitas las definiciones que se presentan en el texto, usa palabras equivalentes a las de las definiciones que se proporcionan.

2. Explica si el siguiente diagrama representa o no las etapas de la irritabilidad y la relación entre ellas.

Recepción Transporte de Procesamiento de Transporte de del estímulo

Respuesta

producción de instrucciones

la información la información

la información y

1. Anota la diferencia entre un receptor y un efector.
2. Explica si el siguiente esquema representa adecuadamente o no a la retroalimentación en un ser vivo.

Medio externo

5. En el hogar hay varios aparatos cuyo control se basa en la retroalimentación. A continuación se da una lista de algunos de ellos y se describe en forma breve cómo se regula su funcionamiento. De acuerdo con esto y la definición de retroalimentación, decide cuáles de éstos tienen este mecanismo de control y enciérralos en un círculo:

a) El refrigerador. La temperatura de su interior se mantiene por el funcionamiento de un motor, el cual arranca o se para de acuerdo con la temperatura que hay dentro él.

b) El televisor. Cualquier canal se puede cambiar por medio de un control remoto o de un botón del propio televisor.

c) Una plancha automática. La temperatura se controla por medio de una placa de metal que responde a la temperatura que tiene la plancha.

d) Un calentador automático de agua. Cuando el agua está caliente, se cierra el paso del gas; cuando se enfría, el paso se abre; en consecuencia, la temperatura del agua regula el funcionamiento del calentador.

e) Un calentador de leña. El agua se calienta mientras en el quemador hay combustible y éste arde hasta que se termina sin importar la temperatura del agua.

6. A continuación se da una lista de diferentes estímulos, anota en el paréntesis la

letra I si es un estímulo interno y una E si es externo.

a) Temperatura de la sangre. ( ) b) Concentración de sales en el agua de mar. ( ) c) Cantidad de luz en una habitación. ( ) d) Temperatura de un lugar. ( ) e) Concentración de oxígeno en la sangre. ( ) f) Concentración de iones en la matriz citoplásmica (citoplasma). ( ) g) Concentración de glucosa en la sangre. ( )

1. Explica qué tiene un medio más constante: la célula de un organismo unicelular o las células de un organismo unicelular o las células de un organismo pluricelular.
2. En la figura 5 se representa el micelio de un hongo y en el círculo, una de sus hifas; de acuerdo con esta información, explica si las hifas del micelio de un hongo tienen relaciones directas con el medio externo o no.

Figura 5.

9. Completa el siguiente resumen; para ello anota en los espacios vacíos la palabra o palabras necesarias.

Aun cuando entre los seres vivos existe una gran diversidad, también hay unidad. Todos los seres vivos realizan las mismas funciones, que son:

a) _____________________________________ b) _____________________________________ c) _____________________________________ d) _____________________________________ e) _____________________________________

y con ellas mantienen la corriente de materia, energía e información que necesitan para continuar su funcionamiento. Así, obtienen y preparan la materia que necesitan mediante la ____________________; la energía que requieren la liberan de los alimentos mediante la ___________________. El organismo se deshace de los sobrantes o residuos de sus actividades por medio de ____________________________. Además de materia y energía, el organismo necesita recibir _____________________, tanto del medio _________________________ como del ______________________, de esto se encarga la __________________________. Disponer de materia, energía e información no es suficiente, el organismo es un sistema y como tal debe realizar sus funciones en forma armónica y mantener las características de su medio interno dentro de los valores que son compatibles con la vida, lo cual logra mediante la _____________________________. En la irritabilidad, los encargados de recibir información son los ___________________; una vez recibida recorre algunas de las vías, llega a _____________________, en donde es ________________________ y se produce _________________________, que a su vez recorre otra vía hasta llegar a __________________________, encargados de la respuesta.

Como puedes ver, la sobrevivencia del individuo depende no sólo de la materia y la energía sino, además de la información proveniente, tanto del interior como del exterior del ser, y de la integración de sus funciones y mantenimiento de las condiciones internas. Esto último se logra por dos mecanismos: uno de tipo químico y otro de tipo eléctrico, relacionados ambos de varias formas.

Las sustancias que participan en la integración de un sistema vivo –organismo biológicotienen diferentes orígenes y naturaleza química. En el cuadro siguiente se les presenta y describe en forma muy abreviada:

Hormonas glandulares Hormonas tisulares Neurohormonas

Proteicas Peptídicas Esteroides Derivadas de aminoácidos Derivadas de isopreno

Homeostáticas Tróficas Del desarrollo y crecimiento

Excitatorios Inhibitorios

Parahormonas: Sustancias de diferente naturaleza química, producidas en el metabolismo y que actúan como mensajeros químicos. Feromonas: Son producidas por glándulas exocrinas y actúa sobre otros individuos de la misma especie.

Las sustancias mencionadas no se encuentran en todos los organismos; los únicos que las tienen todas son los animales; asimismo sólo ellos poseen neuronas y sistemas formados por ellas y, gracias a esto, su irritabilidad y homeostasis cuentan con los dos mecanismos: el químico y el eléctrico. Los demás seres vivos únicamente dependen del mecanismo químico para su irritabilidad y homeostasis.