Resúmenes de articulos
Resumen del artículo
Calorimetría y termodinámica de los sistemas vivos
Lamprecht-Ingolf. “Calorimetry and thermodynamic of living systems”. Thermochimica acta. 2003. Vol.405. p.1-13.
Se muestran seis ejemplos desde el punto de vista calorimétrico y termodinámico de sistemas vivos. Anteriormente filósofos se dieron cuenta que los animales no podían sobrevivir en una atmósfera donde no existiera una flama.Los organismos vivos son sistemas abiertos en constante intercambio de materia, energía entropía e información con su ambiente que mueren cuando son aislados en un sistema cerrado aproximado a un equilibrio térmico.
Los organismos degradan glucosa anaeróbicamente para obtener moléculas de ATP.Queda claro que la producción bioenergética de calor permanece estable cuando la radiación y la evaporación disminuyen radicalmente.Un ejemplo de la termodinámica en seres vivos son los enjambres de abejas, una abeja sola a 20°C tiene una masa térmica de 208mWg-1 pero este rango disminuye hiperbólicamente cuando aumenta el número de abejas, Los músculos de vuelo tienen el mayor cambio energético, existen abejas con un sistema de defensa muy peculiar, cuando una avispase acerca al panal recibe advertencias inútiles de las abejas, es entonces cuando un grupo de 400 abejas se lanza sobre la avispa formando una esfera alrededor de ella, generando en el centro temperaturas de 46°C, debido a la tasa metabólica de las abejas, quemando prácticamente a la avispa. La energía consumida por las abejas es de 9kj, que equivale a 0.6g de miel, lo que hace a este sistema muy efectivo.El uso de la relación entre la respiración y la producción de calor puede ser correlacionado con la salud y con distorsiones de esta relación puede ser relacionadas con enfermedades o debilidad, siendo de gran utilidad en el diagnostico o supervisión.
El balance energético puede ser encontrado en el desarrollo de algunos escarabajos e insectos donde el estado larval necesita recolectar la mayor cantidad de energía para el estado de pupa.
Resumen del artículo
El primer proceso celular bioenergetico. Generación primitiva de una fuerza protón motriz
Koch-Arthur L, Schmidt-Thomas M. “The first cellular bioenergetic process: primitive generation of a proton motive force”. Journal of molecular evolution. 1991Vol.33 p.297-304.
Propone que la primer transducción de energía se dio a partir de la oxidación de sulfuro de hidrogeno, y sulfuro férrico a pirita y dos protones, resultando en un gradiente de protones a través de la membrana, que permitiría una fuerza protón motriz.La vida tiene dos características clave, la propagación de información y la transducción de energía.
Los reactivos originales presentes en dentro y fuera de la célula primitiva reaccionaron con un complejo metálico asociado a la membrana de la célula, similar a lo que sucede con las células de hoy en día, los electrones son transmitidos por compuestos organometalicos liposolubles.
Posiblemente estén involucrados metales en transición y compuestos iónicos de sulfuro, similares a las ferrodoxinas y CO reductasas, así como ATPasas generando compuestos fosforilados con la fuerza protón motriz.
Como los compuestos reductores abundarían y debido a las condiciones ambientales, la energía libre estándar seria negativa.
Un árbol filogenético confirma las divisiones monofileticas entre eucariontes, procariontes y arqueobacterias establecidas por RNAs.
Una estructura membranal cerrado es importante, así como la reacción de formación de pirita o fuentes de protones y e- se realizarían fuera de la célula.
Cada organismo vivo podría contener remanentes de los procesos energéticos más primitivos, pues todos generan fuerza protón motriz a través de una cadena de electrones.
Debido al enfriamiento de la tierra, donde el agua líquida seria abundante, la reducción de CO y CO2 con reductores más fuertes que H2, sería posible en un ambiente liquido.
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Los primeros sistemas vivos, una perspectiva bioenergética
Deamer-David W. “The first living systems: a bioenergetic perspective ”. Microbiology and molecular biology reviews. 1997. Vol.61-2. p.239-261.
La pregunta es ¿el estado vivo surge necesariamente de estructuras celulares preexistentes que requirió para capturar energía para procesos de crecimiento? . Se han encontrado meteoritos de la corteza marciana con inclusiones de carbonato, siendo interpretado como un origen bioenergético.
Probablemente la materia orgánica haya sido traída a la superficie terrestre desde un meteorito. La materia orgánica ha ido desapareciendo a diferentes ritmos, por una serie de reacciones como la hidrólisis y pirolisis.
Por el contrario parece ser que los sistemas vivos se desarrollaron en soluciones diluidas de algunos sustratos como aminoácidos, carbohidratos, y bases puricas. Considerando que la forma más simple de captura de energía fue por sistemas moleculares de distintas formas, como la condensación por deshidratación. Una segunda forma de captura es por reacciones de oxido reducción, teniendo a gradientes iónicos como fuentes potenciales de energía.
Los hidrocarburos y sus derivados estuvieron presentes en la reserva orgánica de la tierra primitiva, permitiendo la formación de membranas por organismos primitivos.
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¿Que es la vida?
Recordando el libro de Erwin Schrödinger, 60 años después
Castro-Jorge A. “¿Que es la vida?, Recordando el libro de Erwin Schrödinger, 60 años después”.
Erwin Schrödinger en una conferencia pregunta ¿por qué los átomos son tan pequeños?, Los procesos físicos y químicos básicos para el funcionamiento de un organismo requieren la participación de grandes cantidades de átomos para realzarse de modo seguro y previsible, por lo que una estructura con pocos átomos no podría permitir procesos biológicos elementales.
Un organismo vivo se mantiene ordenado a pesar de la agitación térmica y otros comportamientos que tienden a desordenar cualquier estructura constituida por muchas partículas, si es así, ¿por qué se puede crear y mantener el orden de un ser vivo?
Erwin Schrödinger responde de dos maneras, orden a partir del desorden y orden a partir del orden, la primera explica que un organismo se ordena por una pérdida del orden del ambiente, la según que el orden se transmite genéticamente; el ADN almacena información y se mantiene estable.
Max Delbrück, describe que moléculas grandes formadas por uniones covalentes tienen suficiente estabilidad como para almacenar información genética.
Finalmente opina que la vida es un proceso diferente único que será explicado por las leyes físicas.
La biología será útil a la física permitiendo descubrir nuevas leyes, y también la física a la biología ofreciendo una explicación unificada de la vida
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Radicales libres derivados del oxigeno
McCord JM. “Oxygen-derived free radicals”. New Horiz. 1993 Feb; Vol.1(1) p.70-76.
Un radical libre es cualquier molécula que posea un solo electrón desapareado.
El proceso de tomar electrones de otros átomos se llama oxidación, la sustancia que toma los electrones se reduce.
El resultado de la oxidación d de un electrón del oxigeno es el radical superóxido O_2^(∙-) , si dos electrones se transfieren el producto es peróxido de hidrogeno, H2O2, que no es un radical, el oxido ferroso es capaz de transferir un tercer electrón al H2O2 produciendo la lisis del enlace O-O, una parte se reduce a agua y la otra es el radical hidroxilo, HO∙ un oxidante muy poderoso, que incluso puede ser agente bactericida, la única enzima que produce este radical intencionalmente es la nicotinamina ADP oxidasa que se encuentra en los neutrofilos.
El radical hidroxilo puede desencadenar la peroxidación e lípidos e incluso atacar y romper al ADN.
Se demuestra que el hierro acelera el estrés oxidativo, indicando que los hombres acumulan hierro casi linealmente desde la pubertad, al contrario de las mujeres que están protegidas hasta la menopausia, sin embargo no existe un mecanismo para eliminar el exceso de hierro.
Las vitaminas antioxidantes, E y C, ayudan a terminar la peroxidación en cadena de lípidos.
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El olfato y sus receptores historia de un nobel
J Mullol, I Miret. “El olfato y sus receptores historia de un nobel”. Acta Otorrinolaringol. 2004, Vol.55 p.452-456.
El olfato junto a otros sentidos vela por nosotros dando a nuestro cerebro la información necesaria para movernos en el mundo que nos rodea. El olfato es el sentido más primitivo y el primero en aparecer en la escala evolutiva, tras aparecer en los peces el olfato se separa anatómicamente del gusto en los anfibios, hace 400 millones de años.
Las plantas utilizan el olor para atraer insectos, los insectos como las hormigas reconocen y se orientan por el olor y los mosquitos seleccionan a sus presas también por el olor.los machos de algunas mariposas perciben el olor de las hembras a kilómetros, y otros animales utilizan el olfato para reconocer lugares, localizar presas o incluso a sus depredadores.
Las principales causas de pérdida del olfato son el resfriado, inflamación de la mucosa, traumatismos craneofaciales, tabaquismo y enfermedades neurodegenerativas.
La historia del nobel
Linda Buck y Richard Axel observaron que el ARN obtenido del epitelio olfativo de rata contenía una gran familia de genes entre 70 y 200, después secuenciaron las proteínas de estos genes , obteniendo una serie de proteínas con 7 dominios transmembranales. Estas proteínas tenían una estructura 7-transmebrana y la activación de estas producía una cascada de eventos desde la activación de proteínas g generando un aumento en AMPc y así activar a neuronas olfativas. Recibiendo el premio nobel de medicina o fisiología en 2004.
Resumen del artículo
Los sistemas del gusto y del olfato
Macías J. “Los sistemas del gusto y del olfato”. Ingeniería Neurosensorial. p.1-28
Olfato y gusto son parte de sistema sensorial químico, permiten la interpretación de olores y sabores, determinan la supervivencia diaria de muchas especies.
Desarrollar un olfato artificial es fundamental, para que permita detectar y cuantificar olores de forma analítica y con precisión al igual que un sentido del gusto.
Olores son mezcla de multitud de moléculas, la relación es entre estructura molecular y olor
Los más olorosos son sustancias con estructuras en anillo con electrones no localizados, estructuras “aromáticas”.
Tiene una estimulación exclusiva a través de moléculas olorosas, que llegan a un epitelio olfativo que tiene una capa mucosa con neuronas olfativas ciliadas.
En los cilios comienza la transducción, moléculas olorosas se “acoplan” a proteínas receptoras tipo G, que activa a la adenilato ciclasa catalizando la formación de AMPc, logrando una apertura en canales de Na+, despolarizando la membrana, llevándose una amplificación de la señal.
A grandes rasgos podemos distinguir entre dos tipos de información, las que van a zonas superiores de procesamiento olfativo y aquellas que van a estructuras límbicas, las primeras relacionadas con el reconocimiento consciente de olores y la segunda con las respuestas subconscientes a olores y la relación con emociones.
El epitelio olfativo no tiene zonas definidas para un cierto tipo de molécula olorosa.
Si un glomérulo recibe la información de células que poseen un cierto receptor entonces el glomérulo situado en la misma posición en el bulbo del otro lado también recibirá la misma información. Localizando en los distintos animales la posición especifica conservada.
El gusto.
La lengua es el principal órgano gustativo del cuerpo humano, recu8bierto por papilas de cuatro tipos: fungiformes, circunvaladas, foliadas, y filiformes.
Las patologías del gusto y el olfato se clasifican en tres:
Anosmia, se pierde la capacidad de detectar sabores u olores, hiposmiala capacidad de detectar olores o sabores de un tipo se ve afectada, y trastornos de la percepción donde se perciben olores o sabores que no existen en realidad.
Sin embargo no has trabajos que permitan un tratamiento a estas patologías.
El olfato artificial.
Definición:
Una nariz electrónica es un instrumento que consiste en un conjunto de sensores electroquímicos con una especificidad parcial y un sistema adecuado de reconocimiento de patrones, capaz de reconocer olores simples o complejos.
Nada antes de 1920. En 1920 se postularon primeras teorías y a mediados de los 60 aparecen sensores de conductividad.
Una nariz electrónica es un sistema que consiste en: un suministro de la muestra o material oloroso, una cámara con un arreglo de sensores, un sistema de procesamiento de las señales, un sistema conversor A/D, un sistema de análisis y un sistema de visualización de resultados.
Las aplicaciones para la nariz electrónica son varias, automoción, salud, control de entorno, sector farmacéutico, perfumería, seguridad y aplicaciones similares.
Gusto artificial
La lengua artificial es un instrumento analítico que reproduce de forma artificial la sensación del sabor. Constan de un muestreador, un conjunto de sensores químicos un instrumento para adquirir la señal, y el software para procesar la información. Funciona similar a la nariz electrónica, pero le medio de detección es liquido.
Cuestionario
1. ¿Qué es la termodinámica?
Es la que estudia los procesos en los que la energía se transfiere como calor y trabajo.
El calor es muy parecido al trabajo, para distiguirlos el calor se define como una transferencia de energía provocada por una diferencia de temperatura, mientras que el trabajo es una transferencia de energía que no se debe a una diferencia de temperatura.
En la termodinámica, con frecuencia se hace referencia a sistemas particulares. Un sistema es cualquier objeto o conjunto de objetos que se desean considerar, al resto del universo se le considera como el ambiente o los alrededores.
2. ¿A qué se refiere la constancia de equilibrio?
Cuando en un sistema químico la cantidad de moléculas de producto como las de reactivo son constantes, a demás de que la velocidad de ambas (productos y reactivos) se iguala.
3. ¿Qué es el ATP?
Por su siglas en inglés: adenosín triphosfato es un nucleótido fundamental en la obtención de energía celular. Está formado por una base nitrogenada (adenina) unida al carbono 1 de un azúcar de tipo pentosa, la ribosa, que en su carbono 5 tiene enlazados tres grupos fosfato. Se encuentra incorporada en los ácidos nucleicos.
Se produce durante la fotosíntesis y la respiración celular, y es consumido por muchas enzimas en la catálisis de numerosos procesos químicos.
4. Al hidrolizarse el ATP, cuando se rompe un enlace, ¿cuánta energía libera?
ΔG = -7,7 kcal/mol
5. ¿Qué es el potencial redox?
También es llamado potencial de reducción es un concepto electroquímico que se puede determinar midiendo la actividad de los electrones.
6. ¿Qué es un radical libre?
Son átomos o moléculas extremadamente reactivas, debido a que en el orbital más externo de su estructura tienen uno o más electrones sin aparear. Esta inestabilidad les confiere una necesidad física por la captura de un electrón de cualquier otra molécula de su entorno, ocasionando que la estructura afectada quede inestable. De esta forma pueden establecer reacciones en cadena por medio de varios transportadores que se oxidan y se reducen secuencialmente.
7. ¿De qué habla la teoría quimiosmotica?
Propuesta por Mitchell, explica cómo la energía derivada del transporte de electrones por la cadena de transporte de electrones se utiliza para producir ATP a partir de ADP y Pinorganico. La bomba de protones: el transporte de electrones está acoplado al transporte de H+ a través de la membrana interna mitocondrial desde el espacio intermembranal. Este proceso crea simultáneamente a través de la membrana interna mitocondrial un gradiente eléctrico (con más cargas positivas en el exterior de la membrana que en la matriz mitocondrial) y un gradiente de pH (el exterior de la membrana está a un pH más ácido que el interior). La energía generada por este gradiente es suficiente para realizar la síntesis de ATP.
8. ¿Cuáles son los inhibidores de la respiración?
Este tipo de inhibidores reciben este nombre porque su principal función es el inhibir el transporte de electrones en la cadena de la respiración. Los inhibidores del transporte de electrones más comúnmente usados pueden reunirse en tres grupos principales según el sitio de la cadena respiratoria donde actúan:
1.Sobre la NADH-deshidrogenasa, bloqueando la transferencia de electrones entre la flavina y la ubiquinona. (Inhibidores del sitio I)
• Barbitúricos, como el amobarbital
• Piericidina A (antibiótico)
• Rotenona (insecticida)
2.Actúa bloqueando la transferencia de electrones entre el citocromo b y el citocromo c1. (inhibidores de sitio II)
3.Actúan sobre el Hemo a3 de la citocromooxidasa impidiendo su interacción con el oxígeno (inhibidores de sitio III)
• Cianuro
• Monóxido de carbono
• H2S
9. Menciona algunas enfermedades genéticas causadas por DNAmt
Desórdenes motores, accidentes cerebrovasculares, convulsiones, demencia, intolerancia al ejercicio, oftalmoplejia, retinopatía pigmentaria, atrofia óptica, ceguera, sordera, cardiomiopatía, disfunciones hepáticas y pancreáticas, diabetes, defectos de crecimiento, anemia sideroblástica, pseudo obstrucción intestinal, nefropatías, acidosis metabólica y otras más secundarias.
10. ¿Qué es la fotoquímica?
La fotoquímica es el estudio de las transformaciones químicas provocadas o catalizadas por la emisión o absorción de luz visible o radiación ultravioleta. Una molécula en su estado fundamental (no excitada) puede absorber un quantum de energía lumínica, esto produce una transición electrónica y la molécula pasa a un estado de mayor energía o estado excitado. Una molécula excitada es más reactiva que una molécula en su estado fundamental.
11. ¿Cuáles son los mecanismos que participan en el transporte de las moléculas a través de las membranas?
El transporte que requiere la acción de proteínas transportadoras específicas en la membrana denominado transporte con intervención de transportador, este a su vez se puede dividir en difusión facilitada y transporte activo
El transporte a través de la membrana sin intervención de transportadores, este implica a la difusión simple de iones.
12. ¿Cuál es el espectro de luz que los humanos pueden ver?
El espectro de luz visible que va desde 400 hasta los 750 nm osea desde el violeta hasta el rojo
13. ¿Qué son los conos y bastones?
Son dos tipos de neuronas fotorreceptoras y ambas células contienen moléculas de pigmento que se disocian como respuesta de luz y esta reacción fotoquímica da lugar finalmente a la producción de potenciales de acción en el nervio óptico. Los bastones proporcionan la visión en blanco y negro en condiciones de intensidad baja de luz, mientras que los conos proporcionan una visión fina de color cuando las intensidades luminosas son mayores.
14. ¿Qué es el sabor?
El sabor lo provoca receptores constituidos por papilas gustativas con forma cilíndrica, localizadas principalmente en la superficie dorsal de la lengua, cada una de estas papilas gustativas están constituidas por 50 – 100 células epiteliales especializadas que presentan microvellosidades largas que se extienden a través de un poro situado en la propia papila hasta que alcanzan el medio externo donde se bañan en saliva. Aunque estas células epiteliales sensitivas no son neuronas, se comportan como tal; se despolarizan cuando se estimulan adecuadamente, producen potenciales de acción y liberan neurotransmisores que estimulan a las neuronas sensitivas relacionadas con las papilas gustativas.
15. ¿Cuáles son las bases moleculares de la olfacción?
Las moléculas que inducen olor se unen a receptores y actúan a través de proteínas G para incrementar el AMPc en el interior de la célula. A su vez este incremento da lugar a la apertura de canales de membrana y causa la despolarización del potencial generador que, por su parte, estimula la producción de potencial de acción. Cada proteína receptora se puede asociar a un máximo de 50 proteínas G. la disociación de estas proteínas G da lugar a la liberación de numerosas subunidades de proteína G, lo que amplifica el efecto en muchas veces. Esta amplificación puede explicar la gran sensibilidad del sentido del olfato: la nariz del ser humano puede detectar la millonésima parte de un gramo de perfume en el aire, aun así nuestro sentido del olfato es mucho más grosero que el de otros mamíferos.
Es la que estudia los procesos en los que la energía se transfiere como calor y trabajo.
El calor es muy parecido al trabajo, para distiguirlos el calor se define como una transferencia de energía provocada por una diferencia de temperatura, mientras que el trabajo es una transferencia de energía que no se debe a una diferencia de temperatura.
En la termodinámica, con frecuencia se hace referencia a sistemas particulares. Un sistema es cualquier objeto o conjunto de objetos que se desean considerar, al resto del universo se le considera como el ambiente o los alrededores.
2. ¿A qué se refiere la constancia de equilibrio?
Cuando en un sistema químico la cantidad de moléculas de producto como las de reactivo son constantes, a demás de que la velocidad de ambas (productos y reactivos) se iguala.
3. ¿Qué es el ATP?
Por su siglas en inglés: adenosín triphosfato es un nucleótido fundamental en la obtención de energía celular. Está formado por una base nitrogenada (adenina) unida al carbono 1 de un azúcar de tipo pentosa, la ribosa, que en su carbono 5 tiene enlazados tres grupos fosfato. Se encuentra incorporada en los ácidos nucleicos.
Se produce durante la fotosíntesis y la respiración celular, y es consumido por muchas enzimas en la catálisis de numerosos procesos químicos.
4. Al hidrolizarse el ATP, cuando se rompe un enlace, ¿cuánta energía libera?
ΔG = -7,7 kcal/mol
5. ¿Qué es el potencial redox?
También es llamado potencial de reducción es un concepto electroquímico que se puede determinar midiendo la actividad de los electrones.
6. ¿Qué es un radical libre?
Son átomos o moléculas extremadamente reactivas, debido a que en el orbital más externo de su estructura tienen uno o más electrones sin aparear. Esta inestabilidad les confiere una necesidad física por la captura de un electrón de cualquier otra molécula de su entorno, ocasionando que la estructura afectada quede inestable. De esta forma pueden establecer reacciones en cadena por medio de varios transportadores que se oxidan y se reducen secuencialmente.
7. ¿De qué habla la teoría quimiosmotica?
Propuesta por Mitchell, explica cómo la energía derivada del transporte de electrones por la cadena de transporte de electrones se utiliza para producir ATP a partir de ADP y Pinorganico. La bomba de protones: el transporte de electrones está acoplado al transporte de H+ a través de la membrana interna mitocondrial desde el espacio intermembranal. Este proceso crea simultáneamente a través de la membrana interna mitocondrial un gradiente eléctrico (con más cargas positivas en el exterior de la membrana que en la matriz mitocondrial) y un gradiente de pH (el exterior de la membrana está a un pH más ácido que el interior). La energía generada por este gradiente es suficiente para realizar la síntesis de ATP.
8. ¿Cuáles son los inhibidores de la respiración?
Este tipo de inhibidores reciben este nombre porque su principal función es el inhibir el transporte de electrones en la cadena de la respiración. Los inhibidores del transporte de electrones más comúnmente usados pueden reunirse en tres grupos principales según el sitio de la cadena respiratoria donde actúan:
1.Sobre la NADH-deshidrogenasa, bloqueando la transferencia de electrones entre la flavina y la ubiquinona. (Inhibidores del sitio I)
• Barbitúricos, como el amobarbital
• Piericidina A (antibiótico)
• Rotenona (insecticida)
2.Actúa bloqueando la transferencia de electrones entre el citocromo b y el citocromo c1. (inhibidores de sitio II)
3.Actúan sobre el Hemo a3 de la citocromooxidasa impidiendo su interacción con el oxígeno (inhibidores de sitio III)
• Cianuro
• Monóxido de carbono
• H2S
9. Menciona algunas enfermedades genéticas causadas por DNAmt
Desórdenes motores, accidentes cerebrovasculares, convulsiones, demencia, intolerancia al ejercicio, oftalmoplejia, retinopatía pigmentaria, atrofia óptica, ceguera, sordera, cardiomiopatía, disfunciones hepáticas y pancreáticas, diabetes, defectos de crecimiento, anemia sideroblástica, pseudo obstrucción intestinal, nefropatías, acidosis metabólica y otras más secundarias.
10. ¿Qué es la fotoquímica?
La fotoquímica es el estudio de las transformaciones químicas provocadas o catalizadas por la emisión o absorción de luz visible o radiación ultravioleta. Una molécula en su estado fundamental (no excitada) puede absorber un quantum de energía lumínica, esto produce una transición electrónica y la molécula pasa a un estado de mayor energía o estado excitado. Una molécula excitada es más reactiva que una molécula en su estado fundamental.
11. ¿Cuáles son los mecanismos que participan en el transporte de las moléculas a través de las membranas?
El transporte que requiere la acción de proteínas transportadoras específicas en la membrana denominado transporte con intervención de transportador, este a su vez se puede dividir en difusión facilitada y transporte activo
El transporte a través de la membrana sin intervención de transportadores, este implica a la difusión simple de iones.
12. ¿Cuál es el espectro de luz que los humanos pueden ver?
El espectro de luz visible que va desde 400 hasta los 750 nm osea desde el violeta hasta el rojo
13. ¿Qué son los conos y bastones?
Son dos tipos de neuronas fotorreceptoras y ambas células contienen moléculas de pigmento que se disocian como respuesta de luz y esta reacción fotoquímica da lugar finalmente a la producción de potenciales de acción en el nervio óptico. Los bastones proporcionan la visión en blanco y negro en condiciones de intensidad baja de luz, mientras que los conos proporcionan una visión fina de color cuando las intensidades luminosas son mayores.
14. ¿Qué es el sabor?
El sabor lo provoca receptores constituidos por papilas gustativas con forma cilíndrica, localizadas principalmente en la superficie dorsal de la lengua, cada una de estas papilas gustativas están constituidas por 50 – 100 células epiteliales especializadas que presentan microvellosidades largas que se extienden a través de un poro situado en la propia papila hasta que alcanzan el medio externo donde se bañan en saliva. Aunque estas células epiteliales sensitivas no son neuronas, se comportan como tal; se despolarizan cuando se estimulan adecuadamente, producen potenciales de acción y liberan neurotransmisores que estimulan a las neuronas sensitivas relacionadas con las papilas gustativas.
15. ¿Cuáles son las bases moleculares de la olfacción?
Las moléculas que inducen olor se unen a receptores y actúan a través de proteínas G para incrementar el AMPc en el interior de la célula. A su vez este incremento da lugar a la apertura de canales de membrana y causa la despolarización del potencial generador que, por su parte, estimula la producción de potencial de acción. Cada proteína receptora se puede asociar a un máximo de 50 proteínas G. la disociación de estas proteínas G da lugar a la liberación de numerosas subunidades de proteína G, lo que amplifica el efecto en muchas veces. Esta amplificación puede explicar la gran sensibilidad del sentido del olfato: la nariz del ser humano puede detectar la millonésima parte de un gramo de perfume en el aire, aun así nuestro sentido del olfato es mucho más grosero que el de otros mamíferos.
Olfato
Los receptores responsables de la olfacción, que es el sentido del olfato, se localizan en el tejido olfativo. El aparato olfativo está constituido por células receptoras (neuronas bipolares), células de sostén (sustentaculares) y células basales (progenitoras). Las células basales generan nuevas células receptoras cada 1 – 2 meses con el objetivo de sustituir las neuronas lesionadas por la exposición al ambiente. Las células de sostén son células epiteliales con abundantes enzimas que oxidan las moléculas olorosas hidrófobas volátiles haciendo que estas moléculas sean menos liposolubles y, por lo tanto, tengan menos capacidad para atravesar las membranas y al alcanzar el cerebro.
Cada neurona bipolar tiene una dendrita que se proyecta hasta la cavidad nasal, en donde finaliza formando una protuberancia que contiene un cilio. La neurona sensitiva bipolar también presenta un único axón amielínico que se proyecta a través de una serie de orificios que existen en la placa cribiforme del etmoides, hasta el bulbo olfativo del cerebro, en donde estable sinapsis con neuronas del segundo nivel. Por tanto, a diferencia de otras modalidades sensitivas que alcanzan el cerebro a partir del tálamo, el sentido del olfato se transmite directamente hasta la corteza cerebral. El procesamiento de la información olfativa comienza en el bulbo olfativo en el que las neuronas sensitivas bipolares hacen sinapsis con las neuronas localizadas en tramas esféricas denominadas glomérulos. Existen pruebas que indican que cada uno de estos glomérulos recibe aferencias de un solo tipo de receptor olfativo. El olor de una flor, que libera muchas moléculas olorosas diferentes, se puede identificar por el patrón de excitación a que da lugar en los glomérulos del bulbo olfativo. La identificación de un olor mejora por la inhibición lateral en el bulbo olfativo, que parece implicar la existencia de sinapsis dendrita-dendrita entre las neuronas de los glomérulos adyacentes.
Las neuronas del bulbo olfativo se proyectan hasta la corteza olfativa en la parte medial de los lóbulos temporales, y también hasta otras estructuras relacionadas como el hipocampo y el núcleo amigdalino. Estas estructuras forman parte del sistema límbico y que desempeñan un papel importante en las emociones y la memoria. En concreto, el núcleo amigdalino humano ha sido implicado en las respuestas emocionales frente a la estimulación olfativa y quizá esta sea la razón por la que la percepción de un olor concreto puede evocar de manera tan intensa recuerdos cargados de emociones.
Las bases moleculares de la olfacción son complejas. Al menos en algunos casos, las moléculas que inducen olor se unen a receptores y actúan a través de proteínas G para incrementar el AMPc en el interior de la célula. A su vez este incremento da lugar a la apertura de canales de membrana y causa la despolarización del potencial generador que, por su parte, estimula la producción de potencial de acción. Cada proteína receptora se puede asociar a un máximo de 50 proteínas G. la disociación de estas proteínas G da lugar a la liberación de numerosas subunidades de proteína G, lo que amplifica el efecto en muchas veces. Esta amplificación puede explicar la gran sensibilidad del sentido del olfato: la nariz del ser humano puede detectar la millonésima parte de un gramo de perfume en el aire, aun así nuestro sentido del olfato es mucho más grosero que el de otros mamíferos.
Se ha descubierto una familia de genes que codifican las proteínas del receptor olfativo. Es una gran familia que puede incluir hasta mil genes. Este gran número puede reflejar la importancia del sentido del olfato en los mamíferos en general. Sin embargo, la existencia de mil genes diferentes que codifican un millar de proteínas receptoras también diferentes no puede explicar el hecho de que el ser humano pueda diferenciar más de 10 000 olores diferentes. Claramente, el cerebro debe realizar la integración de las señales procedentes de varias neuronas sensitivas que presentan proteínas receptoras olfativas diferentes, interpretando después el patrón como una “huella dactilar” característica de cada olor concreto.
Texto e imágenes: Fox, Stuart Ira. Fisiología humana séptima edición McGraw-Hill interamericana 2003, pp. 254-255
Cada neurona bipolar tiene una dendrita que se proyecta hasta la cavidad nasal, en donde finaliza formando una protuberancia que contiene un cilio. La neurona sensitiva bipolar también presenta un único axón amielínico que se proyecta a través de una serie de orificios que existen en la placa cribiforme del etmoides, hasta el bulbo olfativo del cerebro, en donde estable sinapsis con neuronas del segundo nivel. Por tanto, a diferencia de otras modalidades sensitivas que alcanzan el cerebro a partir del tálamo, el sentido del olfato se transmite directamente hasta la corteza cerebral. El procesamiento de la información olfativa comienza en el bulbo olfativo en el que las neuronas sensitivas bipolares hacen sinapsis con las neuronas localizadas en tramas esféricas denominadas glomérulos. Existen pruebas que indican que cada uno de estos glomérulos recibe aferencias de un solo tipo de receptor olfativo. El olor de una flor, que libera muchas moléculas olorosas diferentes, se puede identificar por el patrón de excitación a que da lugar en los glomérulos del bulbo olfativo. La identificación de un olor mejora por la inhibición lateral en el bulbo olfativo, que parece implicar la existencia de sinapsis dendrita-dendrita entre las neuronas de los glomérulos adyacentes.
Las neuronas del bulbo olfativo se proyectan hasta la corteza olfativa en la parte medial de los lóbulos temporales, y también hasta otras estructuras relacionadas como el hipocampo y el núcleo amigdalino. Estas estructuras forman parte del sistema límbico y que desempeñan un papel importante en las emociones y la memoria. En concreto, el núcleo amigdalino humano ha sido implicado en las respuestas emocionales frente a la estimulación olfativa y quizá esta sea la razón por la que la percepción de un olor concreto puede evocar de manera tan intensa recuerdos cargados de emociones.
Las bases moleculares de la olfacción son complejas. Al menos en algunos casos, las moléculas que inducen olor se unen a receptores y actúan a través de proteínas G para incrementar el AMPc en el interior de la célula. A su vez este incremento da lugar a la apertura de canales de membrana y causa la despolarización del potencial generador que, por su parte, estimula la producción de potencial de acción. Cada proteína receptora se puede asociar a un máximo de 50 proteínas G. la disociación de estas proteínas G da lugar a la liberación de numerosas subunidades de proteína G, lo que amplifica el efecto en muchas veces. Esta amplificación puede explicar la gran sensibilidad del sentido del olfato: la nariz del ser humano puede detectar la millonésima parte de un gramo de perfume en el aire, aun así nuestro sentido del olfato es mucho más grosero que el de otros mamíferos.
Se ha descubierto una familia de genes que codifican las proteínas del receptor olfativo. Es una gran familia que puede incluir hasta mil genes. Este gran número puede reflejar la importancia del sentido del olfato en los mamíferos en general. Sin embargo, la existencia de mil genes diferentes que codifican un millar de proteínas receptoras también diferentes no puede explicar el hecho de que el ser humano pueda diferenciar más de 10 000 olores diferentes. Claramente, el cerebro debe realizar la integración de las señales procedentes de varias neuronas sensitivas que presentan proteínas receptoras olfativas diferentes, interpretando después el patrón como una “huella dactilar” característica de cada olor concreto.
Texto e imágenes: Fox, Stuart Ira. Fisiología humana séptima edición McGraw-Hill interamericana 2003, pp. 254-255
Gusto
Los receptores tanto de gusto como de olfato responden a moléculas disueltas en líquidos, por lo tanto se consideran quimiorreceptores, aunque solo existan 4 modalidades básicas de gusto o sabor, se combinan de diferentes maneras y están influenciadas por el sentido del olfato, lo que facilita que exista una amplia gama de experiencias sensitivas diferentes.
El sabor, correspondiente al sentido del gusto, lo provoca receptores constituidos por papilas gustativas con forma cilíndrica, localizadas principalmente en la superficie dorsal de la lengua, cada una de estas papilas gustativas están constituidas por 50 – 100 células epiteliales especializadas que presentan microvellosidades largas que se extienden a través de un poro situado en la propia papila hasta que alcanzan el medio externo donde se bañan en saliva. Aunque estas células epiteliales sensitivas no son neuronas, se comportan como tal; se despolarizan cuando se estimulan adecuadamente, producen potenciales de acción y liberan neurotransmisores que estimulan a las neuronas sensitivas relacionadas con las papilas gustativas.
Existen 4 modalidades principales de sabor o gusto, cada una de las cuales se percibe con mayor agudeza en una región correcta de la lengua. Estos sabores son dulce (en la punta de la lengua), ácido (a los lados de la lengua), amargo (parte dorsal de la lengua) y salado (en la mayor parte de la lengua pero sobre todo en los lados). Todos los sabores diferentes que pueden percibir constituyen combinaciones de estos 4, junto con el efecto aportado por el sentido del olfato. Existe evidencia de que el ser humano presenta un quinto tipo de receptor específico del gusto que ha denominado umami (por glutamato monosódico). También se ha sugerido que para el ser humano puede presentar una modalidad distinta del gusto para el agua.
El sabor salado del alimento se debe a la presencia de iones sodio Na+ o de alguno de otros cationes que activan de manera específica las células receptoras del sabor salado. El Na+ se introduce en las células receptoras sensitivas a través de canales localizados en las membranas apicales. Así tiene lugar la despolarización de las células, con la liberación de su neurotransmisor. Sin embargo, el anión asociado al Na+ modifica de manera sorprendente la intensidad del sabor salado percibido: el NaCl tiene un sabor mucho más salado que otras sales de sodio como el acetato de sodio. Existen pruebas que indican que los aniones pueden pasar a través de las uniones estrechas entre las células receptoras, y que el anión Cl¯ pasa a través de esta barrera con mayor facilidad que los otros aniones. Posiblemente esta diferencia está relacionada con la capacidad del Cl¯ para dar un sabor más salado al Na+, en comparación con los otros aniones.
El sabor ácido, al igual que el sabor salado, se debe al movimiento de iones a través de canales de membrana. Sin embargo el sabor ácido, se debe a la presencia de iones hidrógeno H+, por lo tanto todos los ácidos tienen un sabor ácido.
Al contrario de lo que ocurre con los sabores salado y ácido, los sabores dulce y amargo se deben a la interacción de las moléculas del gusto con proteínas receptoras de membranas específicas.
La mayoría de las moléculas orgánicas, sobre todos los azúcares, tienen un sabor dulce de grados diferentes. El sabor amargo lo provoca la quitina y otras moléculas aparentemente no relacionadas. El sabor amargo es la sensación gustativa más aguda y se suele asociar a moléculas tóxicas (aunque no todos los tóxicos tienen un sabor amargo). Las sensaciones dulces y amargas se producen a través de los receptores acoplados a proteínas G (asociación de tres subunidades de proteínas de la membrana denominadas alfa, beta y gamma, regulada por nucleótidos de guanosina GDP y GTP. Las subunidades de la proteína G se disocian en respuesta a señales de la membrana y, a su vez, activan a otras proteínas celulares). El tipo concreto de proteína G implicado en el sabor ha sido identificado recientemente y denominado gustducina. Este término se ha utilizado para ser hincapié en la similitud con un grupo relacionado de proteínas G de un tipo denominado transducina asociado a los fotorreceptores del ojo. La disociación de la subunidad de proteína G gustducina activa sistemas de segundo dando lugar a la despolarización de la célula receptora, que a su vez, la célula receptora estimulada activa una neurona sensitiva asociada que transmite impulsos hasta el cerebro, en donde se interpreta como la correspondiente percepción gustativa.
Aunque todos los receptores de los sabores dulce y amargo actúan a través de proteínas G, los sistemas de segundo mensajero activados por estas proteínas G dependen de la molécula que induce la percepción sensitiva. Por ejemplo, en el caso del sabor dulce de los azúcares, las proteínas G activan al adenilato ciclasa produciendo AMP cíclico. A su vez, el AMPc produce una despolarización mediante el cierre de canales para el K+ que estaban abiertos previamente. Por otra parte el sabor dulce de los aminoácidos fenilalanina y triptófano, así como el de los edulcorantes artificiales sacarina y ciclamato, pueden activar otros sistemas distintos de segundo mensajero. En este proceso se incluye la activación de la enzima de membrana que da lugar a la aparición de los segundos mensajeros inositol trifosfato IP3 y diacilglicerol DAG.
Texto e imágenes: Fox, Stuart Ira. Fisiología humana séptima edición McGraw-Hill interamericana 2003, pp. 252-254
El sabor, correspondiente al sentido del gusto, lo provoca receptores constituidos por papilas gustativas con forma cilíndrica, localizadas principalmente en la superficie dorsal de la lengua, cada una de estas papilas gustativas están constituidas por 50 – 100 células epiteliales especializadas que presentan microvellosidades largas que se extienden a través de un poro situado en la propia papila hasta que alcanzan el medio externo donde se bañan en saliva. Aunque estas células epiteliales sensitivas no son neuronas, se comportan como tal; se despolarizan cuando se estimulan adecuadamente, producen potenciales de acción y liberan neurotransmisores que estimulan a las neuronas sensitivas relacionadas con las papilas gustativas.
Existen 4 modalidades principales de sabor o gusto, cada una de las cuales se percibe con mayor agudeza en una región correcta de la lengua. Estos sabores son dulce (en la punta de la lengua), ácido (a los lados de la lengua), amargo (parte dorsal de la lengua) y salado (en la mayor parte de la lengua pero sobre todo en los lados). Todos los sabores diferentes que pueden percibir constituyen combinaciones de estos 4, junto con el efecto aportado por el sentido del olfato. Existe evidencia de que el ser humano presenta un quinto tipo de receptor específico del gusto que ha denominado umami (por glutamato monosódico). También se ha sugerido que para el ser humano puede presentar una modalidad distinta del gusto para el agua.
El sabor salado del alimento se debe a la presencia de iones sodio Na+ o de alguno de otros cationes que activan de manera específica las células receptoras del sabor salado. El Na+ se introduce en las células receptoras sensitivas a través de canales localizados en las membranas apicales. Así tiene lugar la despolarización de las células, con la liberación de su neurotransmisor. Sin embargo, el anión asociado al Na+ modifica de manera sorprendente la intensidad del sabor salado percibido: el NaCl tiene un sabor mucho más salado que otras sales de sodio como el acetato de sodio. Existen pruebas que indican que los aniones pueden pasar a través de las uniones estrechas entre las células receptoras, y que el anión Cl¯ pasa a través de esta barrera con mayor facilidad que los otros aniones. Posiblemente esta diferencia está relacionada con la capacidad del Cl¯ para dar un sabor más salado al Na+, en comparación con los otros aniones.
El sabor ácido, al igual que el sabor salado, se debe al movimiento de iones a través de canales de membrana. Sin embargo el sabor ácido, se debe a la presencia de iones hidrógeno H+, por lo tanto todos los ácidos tienen un sabor ácido.
Al contrario de lo que ocurre con los sabores salado y ácido, los sabores dulce y amargo se deben a la interacción de las moléculas del gusto con proteínas receptoras de membranas específicas.
La mayoría de las moléculas orgánicas, sobre todos los azúcares, tienen un sabor dulce de grados diferentes. El sabor amargo lo provoca la quitina y otras moléculas aparentemente no relacionadas. El sabor amargo es la sensación gustativa más aguda y se suele asociar a moléculas tóxicas (aunque no todos los tóxicos tienen un sabor amargo). Las sensaciones dulces y amargas se producen a través de los receptores acoplados a proteínas G (asociación de tres subunidades de proteínas de la membrana denominadas alfa, beta y gamma, regulada por nucleótidos de guanosina GDP y GTP. Las subunidades de la proteína G se disocian en respuesta a señales de la membrana y, a su vez, activan a otras proteínas celulares). El tipo concreto de proteína G implicado en el sabor ha sido identificado recientemente y denominado gustducina. Este término se ha utilizado para ser hincapié en la similitud con un grupo relacionado de proteínas G de un tipo denominado transducina asociado a los fotorreceptores del ojo. La disociación de la subunidad de proteína G gustducina activa sistemas de segundo dando lugar a la despolarización de la célula receptora, que a su vez, la célula receptora estimulada activa una neurona sensitiva asociada que transmite impulsos hasta el cerebro, en donde se interpreta como la correspondiente percepción gustativa.
Aunque todos los receptores de los sabores dulce y amargo actúan a través de proteínas G, los sistemas de segundo mensajero activados por estas proteínas G dependen de la molécula que induce la percepción sensitiva. Por ejemplo, en el caso del sabor dulce de los azúcares, las proteínas G activan al adenilato ciclasa produciendo AMP cíclico. A su vez, el AMPc produce una despolarización mediante el cierre de canales para el K+ que estaban abiertos previamente. Por otra parte el sabor dulce de los aminoácidos fenilalanina y triptófano, así como el de los edulcorantes artificiales sacarina y ciclamato, pueden activar otros sistemas distintos de segundo mensajero. En este proceso se incluye la activación de la enzima de membrana que da lugar a la aparición de los segundos mensajeros inositol trifosfato IP3 y diacilglicerol DAG.
Texto e imágenes: Fox, Stuart Ira. Fisiología humana séptima edición McGraw-Hill interamericana 2003, pp. 252-254
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