lunes, 7 de junio de 2010

Niveles de organización : Del átomo a la Biosfera


NIVELES DE ORGANIZACION EN BIOLOGIA

Podemos ver un orden Biológico en cada organismo en el mundo, y podemos encontrar los niveles de organización desde los átomos y moléculas hasta alcanzar una biosfera.

Los átomos y moléculas se organizan para formar células, las moléculas para formar las células, las células para formar los tejidos, los tejidos para formar órganos, los órganos para formar aparatos y sistemas, y éstos forman el total llamado ser vivo. Un grupo de individuos que comparten las mismas características genéticas (una especie) forma una población, un grupo de poblaciones diferentes constituyen unacomunidad, las comunidades actúan recíprocamente con su ambiente para constituir un Bioma, la suma de todos ecosistemas y comunidades en la Tierra es la Biosfera.

Nivel Químico.- Se puede dividir en 2:

Átomo: Un núcleo con masa y con uno o más niveles de la energía (dependiendo de la clase del elemento que viene acerca de), con electrones que giran en ellos, constituye un átomo. El núcleo atómico contiene subpartículas de varios tipos, pero los de mayor importancia son los Protones, con una carga eléctrica positiva, y los Neutrones compuestos por subpartículas con cargas negativas y positivas electromagnéticas que se neutralizan unas a otras.

Cada subpartícula (los protones y los neutrones) del núcleo cuenta para dar la masa atómica, pero para obtener un número atómico específico debemos considerar sólo la suma de electrones en ese átomo. Por su lado, los electrones poseen una carga eléctrica negativa. Esto mantiene la estabilidad en los niveles diferentes de la energía (determinado por medio de la ecuación de Schrödinger) donde los electrones "giran" de un nivel de la energía a otro.

Molécula: Átomos de la misma clase (elemento) o de diferente clases (compuesto) forman una molécula. Hay algunas moléculas elementales en la naturaleza formadas por sólo un átomo (moléculas monoatómicas), como el hidrógeno y el helio. No obstante, dos o más átomos forman la mayoría de moléculas, como el oxígeno.

Cuándo átomos diferentes se combinan para formar moléculas, son llamadas compuestos. Un ejemplo típico de compuesto es el agua. El agua es formada

por un átomo de oxígeno y dos átomos de hidrógeno. Hay dos clases de compuestos: los compuestos Orgánicos y los compuestos inorgánicos. Los orgánicos tienen átomos de carbón en su estructura, mientras los recintos inorgánicos no tienen átomos de carbón.

Las estructuras del ser viviente se construyen con compuestos orgánicos; es

decir, por moléculas basadas en el elemento Carbono. Las moléculas orgánicas principales que se arman para construir la vida son los ácidos nucleicos, los carbohidratos, los lípidos y las proteínas. Estos cuatro tipos de compuestos se organizan para formar las estructuras de una célula.

Nivel Celular.- Las moléculas se organizan altamente para construir membranas estructurales, que poseen funciones específicas, según los materiales con que ellas son formadas. De afuera adentro, y teniendo en cuenta una célula ideal (como una célula animal-vegetal), las células muestran primero la pared celular. La pared celular es una estructura tiesa, celulósica, permeable, exclusiva de plantas, las algas, los hongos y las bacterias. Su función es contener y proteger el citoplasma; y la de proporcionar firmeza a la célula.

Interior a la pared de la célula está la membrana del plasma de la célula.

La membrana del plasma está constituida por una bi-capa fosfolipídica con proteínas incrustadas de afuera hacia dentro. Imagínese la membrana del plasma de la célula como un sándwich de aguacate, en que las dos rajas de pan son las "cabezas" (hidrofílicas) de la bi-capa fosfolipídica, y el aguacate representa las "colas" de la bi-capa fosfolipídica (hidrofóbicas), una capa es fijada a la otra por las colas. Para completar nuestro sándwich, nosotros metemos aceitunas de un lado a otro, y algunos fragmentos de palillo de dientes incrustados en la rebanada superior y otros fragmentos en la rebanada más baja. Cada aceituna representa una estructura importante de la membrana hecha de proteína identificada como permeasa.

Las permeasas son las enzimas que transportan sustancias a través de la membrana de la célula, sea al interior o al exterior de la célula, y son altamente específicas en su función. Además de este papel, las membranas de célula operan como contenedores y como una protección para el citoplasma. Los fragmentos del palillo de dientes representan los carbohidratos, glucoproteínas, y glucolípidos.

El ingrediente vivo de la célula es el citoplasma. El citoplasma es un complejo de sustancias orgánicas e inorgánicas, principalmente proteínas, lípidos, carbohidratos, minerales y agua. Estas sustancias se organizan para constituir los organelos, como retículo endoplásmico, ribosomas, cloroplastos, mitocondrias, aparato de Golgi, nucléolo, el núcleo, lisosomas, vacuolas, y centrosomas.

Nivel Histológico.- Es la agrupación de células con una estructura determinada que realizan una función especializada, vital para el organismo.

El tejido del cuerpo animal caracterizado por su capacidad para contraerse, por lo general en respuesta a un estímulo nervioso. La unidad básica de todo músculo es la miofibrilla, estructura filiforme muy pequeña formada por proteínas complejas. Cada célula muscular o fibra contiene varias miofibrillas, compuestas de miofilamentos de dos tipos, gruesos y delgados, que adoptan una disposición regular. Cada miofilamento grueso contiene varios cientos de moléculas de la proteína miosina. Los filamentos delgados contienen dos cadenas de la proteína actina. Las miofribrillas están formadas de hileras que alternan miofilamentos gruesos y delgados con sus extremos traslapados. Durante las contracciones musculares, estas hileras de filamentos interdigitadas se deslizan una sobre otra por medio de puentes cruzados que actúan como ruedas. La energía que requiere este movimiento procede de mitocondrias densas que rodean las miofibrillas.

Los tejidos animales adquieren su forma inicial cuando la blástula, originada a partir del óvulo fecundado, se diferencia en tres capas germinales: ectodermo, mesodermo y endodermo. A medida que las células se van diferenciando (histogénesis), determinados grupos de células dan lugar a unidades más especializadas para formar órganos que se componen, en general, de varios tejidos formados por células con la misma función.

Se pueden distinguir cuatro tipos básicos de tejidos: Epitelial, Conectivo, Muscular y Nervioso.

Nivel Orgánico.- Conjunto de tejidos que está capacitado para realizar individualmente intercambios de materia y energía con el medio ambiente, y para formar réplicas de sí mismo.

Los organismos, según la forma de nutrición, pueden ser autótrofos o heterótrofos. Los primeros utilizan como fuente de carbono el dióxido de carbono y como fuente energética, la luz o la energía que se desprende en reacciones químicas. Las plantas, las algas verde azuladas y algunas bacterias son organismos autótrofos. Los animales, hongos y muchas bacterias, que son heterótrofos, no pueden asimilar el carbono oxidado y necesitan obtenerlo en forma de moléculas elaboradas por los autótrofos. El conjunto de órganos forma los sistemas.

Nivel Sistemático.- Esta conformado por el grupo de órganos que cumplen una función especifica para la vida del individuo. Algunos son:

Sistema Endocrino.- Liberan un tipo de sustancias llamado hormonas.

Sistema Nervioso.- Están relacionados con la recepción de los estímulos,

la transmisión de los impulsos nerviosos o la activación de los

mecanismos de los músculos.

Nivel Individuo.- El individuo es el ser único en la particularidad de su existir. En sociología, es la persona considerada de forma aislada en relación con la sociedad.

Los individuos constan de distintas partes, se hallan en relación con el entorno y entre sí y se distinguen de los otros por tener cada uno su propio tiempo, espacio, origen y destino. Como ser único, el individuo contrasta con la pluralidad de seres únicos.

Además de esto el individuo esta constituido por las interacciones coordinadas de células, tejidos, órganos y sistemas que integran una persona como unidad viviente, permitiendo el funcionamiento de su organismo.

Nivel Población.- Es el total de habitantes de un área específica (ciudad, país o continente) en un determinado momento. La disciplina que estudia la población se conoce como demografía y analiza el tamaño, composición y distribución de la población, sus patrones de cambio a lo largo de los años en función de nacimientos, defunciones y migración, y los determinantes y consecuencias de estos cambios. El estudio de la población proporciona una información de interés para las tareas de planificación (especialmente administrativas) en sectores como sanidad, educación, vivienda, seguridad social, empleo y conservación del medio ambiente. Estos estudios también proporcionan los datos necesarios para formular políticas gubernamentales de población, para modificar tendencias demográficas y conseguir objetivos económicos y sociales. También de los animales por separado.

Una población se forma por el conjunto de individuos.

Nivel de Comunidad.- Es el conjunto de poblaciones de diferentes especies(animales y plantas) que se encuentran interrelacionadas en un área o habitad determinado.

Nivel de Bioma.- Las grandes unidades de vegetación son llamadas formaciones vegetales por los ecólogos europeos y biomas por los de América del Norte. La principal diferencia entre ambos términos es que los biomas incluyen la vida animal asociada. Los grandes biomas, no obstante, reciben el nombre de las formas dominantes de vida vegetal.


Bajo la influencia de la latitud, la elevación y los regímenes asociados de humedad y temperatura, los biomas terrestres varían geográficamente de los trópicos al Ártico, e incluyen diversos tipos de bosques, praderas, monte bajo y desiertos. Estos biomas incluyen también las comunidades de agua dulce asociadas: corrientes, lagos, estanques y humedales. Los medios ambientes marinos, que algunos ecólogos también consideran biomas, comprenden el océano abierto, las regiones litorales (aguas poco profundas), las regiones bentónicas (del fondo oceánico), las costas rocosas, las playas, los estuarios y las llanuras maréales asociadas.

Nivel de Biosfera.- Capa relativamente delgada de aire, tierra y agua capaz de dar sustento a la vida, que abarca desde unos 10 Km de altitud en la atmósfera hasta el más profundo de los fondos oceánicos. En esta zona la vida depende de la energía del Sol y de la circulación del calor y los nutrientes esenciales. La biosfera ha permanecido lo suficientemente estable a lo largo de cientos de millones de años como para permitir la evolución de las formas de vida que hoy conocemos. Las divisiones a gran escala de la biosfera en regiones con diferentes patrones de crecimiento reciben el nombre de regiones biogeográficas.


División celular y su importancia


La división celular es una parte muy importante del ciclo celular en la que una célula inicial (llamada "madre") se divide para formar células hijas. Gracias a la división celular se produce el crecimiento de los organismos pluricelulares con el crecimiento de los tejidos y la reproducción vegetativa en seres unicelulares.

Los seres pluricelulares reemplazan su dotación celular gracias a la división celular y suele estar asociada con la diferenciación celular. En algunos animales la división celular se detiene en algún momento y las células acaban envejeciendo. Las células senescentes se deterioran y mueren debido al envejecimiento del cuerpo. Las células dejan de dividirse porque los telómeros se vuelven cada vez más cortos en cada división y no pueden proteger a los cromosomas como tal.

Tipos de reproducción asociados a la división celular [editar]

Bipartición: la división de la célula madre en dos células hijas, cada nueva célula es un nuevo individuo con estructuras y funciones idénticas a la célula madre. Este tipo de reproducción la presentan organismos como bacterias, amebas y algunasalgas.

Gemación: se presenta cuando unos nuevos individuos se producen a partir de yemas. El proceso de gemación es frecuente en esponjas, celentereos, briozoos. En una zona o varias del organismo progenitor se produce una envaginación o yema que se va desarrollando y en un momento dado sufre una constricción en la base y se separa del progenitor comenzando su vida como nuevo ser. Las yemas hijas pueden presentar otras yemas a las que se les denomina yemas secundarias. En algunos organismos se pueden formar colonias cuando las yemas no se separan del organismo progenitor. En las formas más evolucionadas de briozoos se observa en el proceso de gemación que se realiza de forma más complicada.

El número de individuos de una colonia, la manera en que están agrupados y su grado de diferenciación varía y a menudo es característica de una especie determinada. Los briozoospueden originar nuevos individuos sobre unas prolongaciones llamados estolones y al proceso se le denomina estolonización.

Ciertas especies de animales pueden tener gemación interna, yemas que sobreviven en condiciones desfavorables gracias a una envoltura protectora. En el caso de las esponjas de agua dulce, las yemas tienen una cápsula protectora y en el interior hay sustancia de reserva. Al llegar la primavera se pierde la cápsula protectora y a partir de la yema surge la nueva esponja. En los briozoos de agua dulce se produce una capa de quitina y de calcio y no necesitan sustancia de reserva pues se encuentra en estado de hibernación.

Esporulación: esputacion o esporogénesis consiste en un proceso de diferenciación celular para llegar a la producción de células reproductivas dispersivas de resistencia llamadasesporas. Este proceso ocurre en hongos, amebas, líquenes, algunos tipos de bacterias, protozoos, esporozoos (como el Plasmodium causante de malaria), y es frecuente en vegetales(especialmente algas, musgos y helechos), grupos de muy diferentes orígenes evolutivos, pero con semejantes estrategias reproductivas, todos ellos pueden recurrir a la formación células de resistencia para favorecer la dispersión. Durante la esporulación se lleva a cabo la división del núcleo en varios fragmentos, y por una división celular asimétrica una parte del citoplasma rodea cada nuevo núcleo dando lugar a las esporas. Dependiendo de cada especie se puede producir un número parciable de esporas y a partir de cada una de ellas se desarrollará un individuo independiente.

La importancia de la división celular por Mitosis es aumentar la masa celular del organismo, reparar estructuras dañadas o envejecidas, construír la parte somática de los órganos externos( piel ) e internos ( vísceras), por Meiosis la importancia es la de formar células reproductoras sexuadas( óvulo y espermatozoide) para la Fecundación y perpetuación de la especie en el tiempo.


Nutrición, Excreción y Respiración celular




El medio interno es el conjunto de líquidos que posee un organismo fuera de las células, como son la sangre, linfa, ... A través del medio interno se realiza la función de transporte entre el medio externo y las células.

6.1.2.- Necesidad de la constancia del medio interno. Definir Homeostasis.

La homeostasis consiste en mantener constante la composición química y el volumen del medio interno. Al contrario que los animales, los vegetales no excretan casi sustancias al exterior, ya que reutilizan los residuos de su catabolismo para la síntesis de nuevas sustancias.

Esta composición química se mantiene gracias a las siguientes funciones:

  • Nutrición. Es el conjunto de procesos por los cuales los seres vivos incorporan las sustancias del medio que los rodea y las transforman en su propia materia viva. Esto ayuda a incrementar ciertas sustancias en el medio para mantener la homeostasis.

  • Excreción. Es un proceso que consiste en la eliminación de los productos de desecho originados en el catabolismo, la osmorregulación (regulación de las concentraciones de agua y materiales disueltos en el medio interno) y la ionorregulación (regulación de la concentración iónica del medio interno).

6.1.3.- Reconocer que los intercambios medio interno- medio externo constituyen las funciones de nutrición del animal.

Se entiende por nutrición el conjunto de procesos por los cuales los seres vivos incorporan las sustancias del medio que los rodean y las transforman en su propia materia viva.

La nutrición puede ser de dos tipos:

  • Autótrofa. Captan del medio que los rodea sustancias inorgánicas y a partir de estas elaboran sus propios compuestos orgánicos.

  • Heterótrofa. Tienen que incorporar moléculas orgánicas ya elaboradas por otros seres vivos, de los que en definitiva dependen.

En la nutrición autótrofa, los vegetales verdes más primitivos, los de organización talofílica, son capaces de incorporar los diferentes nutrientes a través de toda sus superficie, las plantas superiores o cormofíticas captan agua a través de la raíz, especialmente por la zona de maduración o radicular.

Los nutrientes penetran en los vegetales mediante fenómenos osmóticos o de transporte activo, o por el fenómeno de la imbibición, proceso por el que entra en las células gran cantidad de agua, debido a la hidrofilia de los coloides citoplasmáticos.

Los estomas, son aberturas poriformes existentes en las partes verdes de las plantas, principalmente en la cara inferior de las hojas. Constituidos por un orificio u ostiolo y dos células oclusivas alrededor; estas pueden hincharse de agua o, por el contrario, expulsar el agua que contienen. Durante el día, se incrementa la concentración de sustancia dentro de las células oclusivas y por ello aumenta la presión osmótica, de modo que entra agua en ellas.

De noche, el ostiolo se cierra al disminuir la turgencia de la célula oclusiva. Con los estomas abiertos, se facilita el intercambio de gases entre la planta y el exterior.

Las lenticelas, son aberturas naturales que existen en la epidermis suberificada de los tallos leñosos y las raíces. Ponen en contacto el exterior con el tejido parenquimático interno, haciendo fácilmente asequibles el oxígeno y el dióxido de carbono atmosféricos.

Por otra parte, los seres heterótrofos se nutren de cuatro posibles maneras:

  • Nutrición Holozóica. Es la típica de los animales. Estos se alimentan de materia orgánica sólida, que deben ingerir, digerir y absorber. Los animales, además, necesitan incorporar sustancias inorgánicas, como el agua, las sales minerales y el oxígeno.

  • Nutrición saprofítica. Es la típica de los hongos y bacterias. Estos organismos vierten enzimas digestivas sobre la materia orgánica y, posteriormente, absorben el alimento semidigerido.

  • Nutrición parasitaria. Típica de parásitos. Se alimentan de materia orgánica, que toman de un ser vivo denominado huésped.

  • Nutrición simbiótica. Típica de parásitos. Los seres que realizan la simbiosis obtienen la materia orgánica de otro ser vivo, el cual también sale beneficiado.

6.1.4.- Enumerar y describir las funciones de los aparatos implicados en el proceso de nutrición de los animales (Digestión, respiración y circulación).

En la nutrición intervienen:

  • El aparato digestivo, encargado de incorporar la materia sólida o líquida para ser degradada en el interior del animal mediante la digestión, proceso por el cual se forman principios inmediatos sencillos que pueden ya llegar a las células del cuerpo mediante la absorción y el transporte.

Fases de la función digestiva.

Captura del alimento: Según el tipo de animal:

  • Protozoos, rizoprotozoos ... Fagocitosis

  • Ciliados, esponjas, rotíferos, moluscos bivalvos... corrientes de agua provocadas por cilios.

  • Tunicalos... Filtros mucosos.

  • Holoturias, cnidarios... Tentáculos.

  • Crustáceos, ballenas... sedas o filamentos.

  • Anélidos oligoquetos... ingestión de sedimentos.

  • Chinches de campo, abejas... Succión de savia y jugos vegetales.

  • Ácaros, insectos, hematófagos, sanguijuelas... succión de sangre.

  • Arañas... Succión de alimentos digeridos externamente.

  • Cestodos... Captación mediante superficie corporal.

  • Cnidarios... ingestión de presas enteras.

  • Moluscos gasterópodos, insectos, mamíferos,... rasgado, masticado y troceado de alimentos.

Digestión del alimento. Primero hay una digestión química que consiste en la secreción de enzimas de tipo hidrolítico que atacan a los alimentos para hacerlos más simple como monosacáridos, ácidos grasos, ... Hay dos tipos:

  • Intracelular... Protozoos y esponjas. Las partículas alimenticias son englobadas por la célula y digeridas en las vacuolas a las que se vierten las enzimas hidrolíticas de los lisosomas.

  • Extracelular... Metazoos triblásticos y animales con tubo digestivo que segrega enzimas.

Absorción. Mediante la cual el quilo atraviesa la mucosa intestinal y pasan a la sangre. La absorción se lleva a cabo en su totalidad en la mucosa del intestino delgado; el cual alarga su longitud. Tipos de absorción: De glúcidos, lípidos, aminoácidos, ácidos nucléicos, otras sustancias.

Formación de heces. Es la transformación de las sustancias resultantes de la digestión en heces destinadas a ser expulsadas.

  • El aparato respiratorio, mediante el cual, los seres vivos incorporan a su cuerpo moléculas de oxígeno.

Hay que distinguir entre la respiración interna y la respiración externa. La externa consiste en el intercambio de los gases respiratorios entre el medio ambiente y el medio interno animal: el oxígeno pasa a la sangre, mientras que el dióxido de carbono es expulsado al exterior.

La respiración interna consiste en el proceso gradual de reacción química entre el oxígeno y las pequeñas moléculas orgánicas procedentes del alimento, y se realiza en las mitocondrias.

  • El aparato circulatorio, constituye un sistema de transporte de los gases respiratorios entre los procesos interno y externo de la respiración.

Función circulatoria: Hay en invertebrados y vertebrados.

  • Invertebrados: · Anélidos: Circulación cerrada con dos vasos longitudinales y varios transversales.

· Moluscos: Circulación abierta con un corazón, consta de ventrículo y una o dos aurículas, situado dentro de la cavidad pericárdica.

· Artrópodos: Circulación abierta con un corazón tubular con paredes musculares perforadas con ostiolos.

  • Vertebrados: · Peces: La sangre va desde el corazón a los tejidos, pasando por las branquias. El corazón consta de dos cavidades, una aurícula y un ventrículo. La sangre pasa a la aorta dorsal y llega a todas las partes del cuerpo por un sistema de venas.

· Anfibios: El corazón posee dos aurículas y un ventrículo, En los más evolucionados están separados por los pliegues separatorios. La aurícula derecha recibe sangre de la circulación general y la izquierda de los pulmones.

· Reptiles: Verdadera separación del ventrículo.

· Aves y mamíferos: Un corazón tetracavitorio con dos aurículas y dos ventrículos. La aurícula izquierda recibe sangre de los pulmones y pasa al ventrículo izquierdo; y la aurícula derecha recibe sangre del cuerpo y pasa al ventrículo derecho.

6.1.5.- Reconocer a la excreción como función implicada en la homeostasis.

Los peristaltimos intestinales, al llegar a la válvula ileocal pasan cierta cantidad del quilo al ciego. En el intestino grueso tiene lugar la absorción de agua, que además de hacer que las heces sean semisólidas colabora en la regulación de la cantidad de agua existente en el organismo.

La excreción, eliminando los desechos del catabolismo da lugar a la osmorregulación ( regulación de las concentraciones de agua y materiales disueltos en el medio interno) y la ionorregulación ( regulación de la concentración iónica del medio interno).

6.1.6.- Describir brevemente los procesos de intercambio gaseoso, absorción y transporte de materiales en plantas.

Absorción: Se realiza en la zona pilífera de la raíz, donde el agua y las sales minerales pasan del medio al interior del vegetal por ósmosis y transporte activo y constituyen la savia bruta.

Transporte: En el medio acuático, la planta absorbe los nutrientes por distintas zonas de la superficie y, al mismo tiempo, el agua soporta su peso. En el medio terrestre, la savia bruta asciende por el xilema gracias a la colaboración de tres factores: precisión radicular, cohesión molecular del agua y transpiración.

Intercambio gaseoso: Tiene lugar a través de los estomas, que son poros del envés de las hojas que se abren durante el día y se cierran por la noche. La mayor parte del agua absorbida por las raíces llega a las hojas y se pierde por transpiración para mantener abiertos los estomas y concentrar la savia bruta. Los estomas se encuentran en la corteza del tallo joven y en el tallo viejo están las lenticelas ( de función similar). En invierno las lenticelas se cierran y se interrumpe la transpiración.

  • COORDINACIÓN NEUROENDOCRINA.

  • 6.2.1.- Reconocer la necesidad de procesos de coordinación en los seres vivos.

    Las funciones de relación son el resultado de la actividad del conjunto de sistemas que ponen en contacto al individuo con su medio ambiente, con medio interno y externo, con el fin de recibir de ello la máxima información que permita responder de la manera más ventajosa para la supervivencia.

    En el curso de la evolución, los seres vivos han ido desarrollando estructuras nuevas para adaptarse cada vez mejor a las condiciones impuestas por el ambiente. El tamaño del animal, el medio donde vivía y el modo de vida fueron tres factores decisivos en el grado de complejidad de los organismos. Esta complejidad supuso cambios en la morfología y en la fisiología, modificaciones que precisaban de sistemas que coordinaran entre sí estos procesos e informaran de las características y variaciones, tanto del medio interno como externo.

    6.2.2.- Distinguir entre los sistemas de coordinación (nervioso y endocrino) que poseen los animales.

    El sistema nervioso

    El sistema nervioso está formado por una compleja red de comunicaciones que permite transmitir impulsos desde los receptores, células especializadas en recibir estímulos hasta los efectores, células especializadas en dar respuesta.

    El sistema nervioso está formado por un tipo de célula especializada, neurona, que, yuxtapuesta y conectada mediante sinapsis, forman las vías de conducción, los nervios. Las asociaciones de neuronas constituyen los centros nerviosos en los que se producen la integración de la información y la elaboración de respuestas.

    La sinapsis es la unión funcional entre dos neuronas, o entre una neurona y un efector, que permite el paso de información. La sinapsis química transmite la información mediante neurotransmisores que despolarizan la membrana postsinaptica y hace la transmisión unidireccional. Realizada su función, el neuro transmisor es inactivado por enzimas específicos o retorna a la neurona presinaptica. La sinapsis eléctrica se establece entre dos neuronas conectadas mediante un espacio sináptico muy reducido, por lo que el potencial de acción se propaga desde la membrana presinaptica a la postsinaptica. La sinapsis química tiene la ventaja de la unidireccionalidad que permite respuestas bien localizadas y precisas, pero tiene la dificultad de ser una conducción lenta, y la rapidez en las respuestas es fundamental para la supervivencia de los animales.

    Los vertebrados tienen un sistema nervioso con posición dorsal y las neuronas están en el encéfalo y la médula espinal que juntos forman el sistema nervioso central. El organismo protege los centros nerviosos con membranas ( meninges) y estructuras óseas; el cráneo protege al encéfalo y la columna vertebral a la médula.

    En su desarrollo embrionario el S.N.C. se forma a partir del tubo neural, que se cierra en la parte anterior (cabeza) y origina tres ensanchamientos correspondientes al cerebro anterior, medio y posterior, mientras el resto del tubo neural constituye la médula espinal. Además queda un canal hueco en la médula ( epéndimo) y en el encéfalo, cuatro ventrículos ocupados por el líquido cefaloraquideo.

    La agrupación de los axones de las neuronas forma los nervios sensitivos o motores, que desde los centros nerviosos se extienden hasta las vísceras, músculos y superficie del cuerpo formando el sistema nervioso periférico, que tiene nervios craneales y raquídeos.

    El bulbo raquídeo, el hipotálamo y la médula y un grupo de nervios craneales y raquídeos regulan las funciones vitales involuntarias. Este conjunto de centros y nervios se llama sistema nervioso autónomo o vegetativo.

    El encéfalo se origina a partir de tres ensanchamientos del tubo neural en su parte anterior, de donde surgen el prosencéfalo (cerebro anterior), el mesencéfalo ( cerebro medio) y el romboencéfalo (cerebro posterior).

    El prosencéfalo alcanza su máximo desarrollo en los mamíferos y es la parte del encéfalo que realiza las actividades más importantes del organismo. En él hay dos zonas: el diencéfalo y el telencéfalo. De la parte superior del diencéfalo se forma la glándula pineal, que tiene una función fotorreceptora en los anfibios y reptiles; de la parte inferior se desarrollan el hipotálamo y la hipófisis, y de la parte lateral, las vesículas ópticas. El telencéfalo se divide en dos lóbulos que forman los hemisferios cerebrales. Alcanza un gran desarrollo en los mamíferos y sobre todo en el hombre.

    El mesencéfalo. En los peces y los anfibios es la zona encefálica más desarrollada. Dirige las actividades del organismo y es el centro donde llegan las fibras de los receptores. En los mamíferos es menos importante.

    El romboencéfalo. En él están el mielencéfalo, que forma el bulbo raquídeo y tiene funciones reguladoras sobre la actividad del corazón, los pulmones y el tubo digestivo; y el metencéfalo, en el que está el cerebelo que regula y coordina la contracción de los músculos y el equilibrio, y está muy desarrollado en animales muy activos, como aves y mamíferos.

    Médula espinal. Es el centro nervioso protegido por la columna vertebral. En los tetrápodos, está engrosada en las regiones cervical y lumbar. La superficie ventral está recorrida por una fisura y la dorsal por una pequeña depresión llamada septo. Los cuerpos neuronales se agrupan en la parte interna formando la sustancia gris, y las terminaciones nerviosas mielínicas forman la sustancia blanca en la zona externa.

    Las fibras del sistema nervioso periférico están conectadas al sistema nervioso central por los nervios craneales y los raquídeos. El sistema nervioso central es el centro de integración de los impulsos nerviosos, mientras el sistema nervioso periférico es el centro de recepción y respuesta de estímulos.

    Los vertebrados poseen además el sistema nervioso autónomo que tiene sus centros en la médula, el bulbo raquídeo y el hipotálamo, y posee un importante papel en el mantenimiento de las constantes del medio interno (homeostasis), controlando las actividades involuntarias. Está relacionado tanto con el S.N.C. (ya que las fibras del S.N.A. parten de la sustancia gris de la médula, el bulbo y el hipotálamo) como con el S.N.P. porque las fibras de este parten de los centros nerviosos junto con las raíces motoras de los nervios raquídeos y craneales. Las diferencias del S.N.A. respecto del S.N.C. y S.N.P son: las fibras son motoras, inherban solo vísceras de actividad involuntaria y hacen sinapsis en los ganglios autónomos formando fibras preganglionares y postganglionares.

    El S.N.A. posee el sistema simpático y el parasimpático.

    Las fibras preganglionares del simpático salen de la médula a nivel de las regiones torácica y lumbar, a través de las raíces motoras anteriores de los nervios raquídeos. Estas fibras establecen sinapsis en los ganglios del sistema simpático situados a ambos lados de la médula espinal. La estimulación del simpático acelera el ritmo cardíaco, contrae las arterias y sube la presión arterial, dilata la pupila, aumenta la secreción glandular, relaja la vejiga, etc...

    Las fibras preganglionares del sistema parasimpático parten del encéfalo y de la región sacra de la médula. Las fibras postganglionares del parasimpático son muy cortas por lo que a veces la sinapsis se realiza en el órgano efector.

    Las acciones de los sistemas simpático y parasimpático son antagónicas. El parasimpático frena el ritmo cardiaco, disminuye la presión arterial, contrae la vejiga, ...

    Sistema endocrino

    Una hormona es una sustancia química que se sintetiza en una glándula de secreción interna y ejerce algún tipo de efecto fisiológico sobre otras células hasta las que se desplaza por la sangre. Además de las glándulas endocrinas, el sistema nervioso también produce hormonas. Esta secreción se llama neurosecreción, y la hormona segregada, neurohormonas. La neurosecreción implica: síntesis de neurohormonas en las neuronas, transporte de estas a los axones, y eliminación de las neurohormonas a la sangre.

    El sistema hormonal en los vertebrados y en los invertebrados puede ser de dos tipos: Glándulas endocrinas, de origen epitelial, que son la adenohipófisis, el tiroides, el paratiroides, el páncreas, la corteza suprarrenal, los testículos, y los ovarios; y los núcleos neurosecretores del hipotálamo.

    6.2.3.- Enumerar y describir el papel de los componentes que intervienen en la coordinación nerviosa: receptores, transmisores, efectores.

    El arco reflejo es la unidad de organización fisiológica del sistema nervioso; consiste en una vía que va del receptor (vía sensitiva) al efector (vía efectora) pasando por un centro nervioso. Además de los impulsos inicial y final, en un arco reflejo se generan otros que se transmiten y modifican por medio de los moduladores que operan en los centros nerviosos. La actividad moduladora puede ser:

    • De supresión. Algunas neuronas están organizadas de manera que cuando sus dendritas se estimulan por las sustancias químicas emitidas por la neurona anterior, queda inhibida la producción de impulsos.

    • De multiplicación. Cuando se suman los impulsos procedentes de neuronas diferentes en la misma neurona, se obtiene una multiplicación del reflejo.

    • De selección de canal. Todos los moduladores contienen muchas neuronas aferentes y eferentes. Los impulsos que llegan por las neuronas de entrada (aferentes) no son transmitidos a todas las de salida (eferentes). El resultado de esta selección consiste en que el órgano efector sólo recibe el impulso apropiado para la realización correcta de la función que debe desarrollar

    Estructura de la membrana celular y Transporte

    La membrana está constituída de lípidos y proteínas. La parte lipídica de la membrana está formada por una película bimolecular que le da estructura y constituye una barrera que impide el paso de substancias hidrosolubles.

    Figura 1.1.2.B - Estructura de la Membrana Celular.

    Las proteínas de la membrana están suspendidas en forma individual o en grupos dentro de la estructura lipídica, formando los canales por los cuales entran a las células, en forma selectiva, ciertas substancias.

    La selectividad de los canales de proteínas le permite a la célula controlar la salida y entrada de substancias así como los transportes entre compartimentos celulares. Las proteínas de la membrana no solo hacen que el transporte a través de ella sea selectivo, sino que también son capaces de llevar a cabo transporte activo (transferencia en contra del gradiente de concentración).

    Las demás funciones de la membrana, como son el reconocimiento y unión de determinadas substancias en la superficies celular están determinadas también por la parte proteica de la membrana. A estas proteínas se les llaman receptores celulares. Los receptores están conectados a sistemas internos que solo actúan cuando la substancia se une a la superficie de la membrana. Mediante este mecanismo actúan muchos de los controles de las células, algunos caminos metabólicos no entran en acción a menos que la molécula "señal", por ejemplo, una hormona, haya llegado a la superficie celular.

    En la membrana se localizan unas glicoproteínas que identifican a otras células como integrantes de un individuo o como extrañas (inmunoreacción).

    Las interacciones entre las células que conforman un tejido están basadas en las proteínas de las membranas.

    Resumiendo, la estructura de las membranas depende de los lípidos y las funciones dependen de las proteínas.

    Tipos de células y membrana nuclear


    La teoría de que Ia célula es la unidad fundamental de toda materia viva es una de las ideas unificadoras más importantes de la biología. Una célula sola es una entidad, aislada de otras células por una pared, o membrana, que contiene en su interior diversas estructuras subcelulares, algunas de las cuales se encuentran en todas las células y otras aparecen sólo en ciertas células. Todas las células presentan ciertas características químicas en común, tales como tener proteínas, ácidos nucleicos, lípidos y polisacáridos. Debido a que esos componentes químicos son comunes a todo el mundo vivo se piensa que todas las células descienden de algún antepasado común, de una célula prìmordial. Las células microbianas muestran una variación de tamaño limitada, aunque grande. Algunas células microbianas son mucho mayores que muchas células humanas. El protozoo unicelular Paramecium tiene 4800 veces el peso de un glóbulo rojo humano.

    Si bien cada tipo de célula tiene una estructura y tamaño definidos, las céluIas no deben considerarse cuerpos inalterables: una célula es una unidad dinámica que constantemente sufre cambios y sustituye sus partes. Incluso si no está creciendo, toma continuamente materiales de su medio y los transforma en sustancia propia. A1 mismo tiempo, arroja constantementc a su medio materiales celulares y productos de desecho. Una célula es, por tanto, un sistema abierto siempre cambiante que pérmanece siempre el mismo.

    Todas las células vivas son fundamentalmente semejantes. Están constituidas por el protoplasma (del griego 'protos' -primario- y 'plasma' -formación-) que es un complejo orgánico compuesto básicamente de proteínas, grasas y ácidos nucleicos; todas están rodeadas por membranas limitantes o paredes celulares y todas poseen un núcleo o sustancia nuclear equivalente.

    Todos los sistemas biológicos tienen una serie de caracteres comunes: capacidad de reproducción; capacidad de absorber sustancias nutritivas y metabolizarlas para obtener energía y desarrollarse; capacidad de expulsar los productos de desecho; capacidad de respuesta a los estímulos del medio externo; capacidad de mutación.

    La célula es pues la unidad básica de la vida.

    La célula y su estructura


    Todos los organismos vivos están compuestos de células. Algunos organismos, como las bacterias, pueden existir simplemente como criaturas unicelulares. Otros, incluyendo los humanos, están hechos de una cantidad incontable de células trabajando juntas para organizar lo que conocemos como el ser vivo. Los seres humanos estamos compuestos de trillones de células organizadas en tejidos, como el músculo y la piel, o en órganos, como el hígado y el pulmón. La animación a continuación ilustra la relación entre un órgano (el hígado en este caso) y las células de las cuales está compuesto. La imagen final es un vistazo más cerca de una sola célula.



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    La célula y el origen de la vida


    ¿Cómo se originaron las células?
    Uno de los rompecabezas más complicados del origen de la vida es cómo se formaron las primeras células y su metabolismo.
    Pudiera pensarse que las primeras células fueran como los organismos más pequeños y simples que viven hoy en día, los microbios conocidos como micoplasmas.

    Las células de los micoplasmas son realmente diminutas, más de mil millones de veces menores que un protozoo, y albergan tan sólo una fracción del ADN y de las proteínas normalmente presentes en una célula.
    Pero todos los micoplasmas son parásitos, versiones menores y simplificadas de microorganismos mayores de vida libre, y sólo pueden crecer y reproducirse en el interior de otras células, por lo general de mamíferos, un modo de vida claramente imposible para las primeras formas de vida.

    Las bacterias comunes ofrecen un modelo alternativo, pero los microbios de vida libre son demasiado complejos, compuestos de cientos de polímeros diferentes (entre ellos, unos quinientos tipos de ARN), más de un millar de enzimas y decenas de miles de moléculas.
    Las primeras células debieron ser considerablemente más simples.

    Para conocer cómo eran las primeras células es necesario levantar el velo evolutivo que separa la vida actual de sus principios.
    Esta tarea apenas ha comenzado.
    Los avances en la comprensión de la historia temprana de la vida sólo se producen progresivamente, así que hasta que no se disponga de un modelo del origen de los monómeros y los polímeros parecería ocioso atacar esta compleja cuestión.

    Pero aunque apenas se conozca nada con certeza acerca del origen de la vida celular, sí está claro que ocurrió según una secuencia de tres estadios:

    1. Es probable que ya existieran sistemas químicos que la mayoría de científicos describirían como vivos antes de que fueran empaquetados en células. La evidencia fósil de este estadio precelular pudiera no llegar a descubrirse nunca, puesto que su composición química sería demasiado frágil para conservarse, pero se cree que durante un cierto periodo la Tierra primitiva estuvo poblada por moléculas vivas, «genes desnudos primordiales» de ácidos nucleicos capaces de autorreproducirse.
    2. A causa de su composición química, estos y otros compuestos orgánicos del caldo primordial habrían acabado por agregarse en diminutos lóbulos protocelulares, ancestros potenciales de células con pared celular. Las pruebas empíricas de este estadio parecen haberse evadido también de la historia, si bien es posible que algún día se hallen células fósiles más antiguas que las más antiguas conocidas en la actualidad.
    3. Las primeras células estarían impulsadas por una forma sencilla de metabolismo que estableció las bases para la evolución posterior de una maquinaria metabólica más compleja.

    Consideremos cada uno de estos estadios por separado.

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    lo maravilloso de las células

    Lo maravilloso de la célula

    Los seres vivos están formados por mínimas unidades llamadas células. Todas las funciones químicas y fisiológicas básicas, por ejemplo, la reparación, el crecimiento, el movimiento, la inmunidad, la comunicación, y la digestión, ocurren al interior de la célula.

    Los hombres de ciencia, solo pudieron realizar investigaciones en relación a ellas después del descubrimiento del microscopio. (Ver Teoría celular)

    Clasificación de los seres vivos

    Según el número de células que los forman, los seres vivos se pueden clasificar en unicelulares y pluricelulares.

    Unicelulares: Son todos aquellos organismos formados por una sola célula. En este grupo, los más representativos son los protozoos -ameba, paramecio, euglena-, que sólo pueden observarse con un microscopio.

    Pluricelulares: Son todos aquellos organismos formados por más de una célula. Existe gran variedad de ellos, tales como los vertebrados (aves, mamíferos, anfibios, peces, reptiles) y los invertebrados (arácnidos, insectos, moluscos, etc.).

    En los vegetales, podemos tomar como ejemplos a las plantas con flores (angiosperma), sin flores típicas (gimnospermas), musgos, hongos, etcétera.


    Los organismos pluricelulares presentan una determinada organización de sus células, en distintos niveles, que son:

    Célula: mínima unidad que forma parte de un ser vivo.

    Tejido: conjunto de células que tienen características y funciones similares y con un mismo origen.

    Órgano: conjunto de tejidos unidos y coordinados para cumplir una función específica. Por ejemplo: pulmón, corazón, estómago, etcétera. En el caso de los vegetales, son considerados órganos: la raíz, las semillas, las hojas, las flor, etcétera.

    Sistemas: resultado de la unión de varios órganos, los cuales funcionan de una forma coordinada para desempeñar un rol determinado. Por ejemplo: se habla de Sistema Digestivo, Renal, Circulatorio, Nervioso, Reproductor, etcétera.

    Organismo: es un ser vivo formado por un conjunto de sistemas, que trabajan armónicamente.

    Existen seres vivos que no tienen órganos o sistemas estructurados, pero poseen una organización sencilla, esto les permite un buen desarrollo. Si un órgano se daña o altera provoca una desorganización del ser vivo.

    Las tres partes básicas de toda célula son: la membrana plasmática, el citoplasma, y el núcleo.


    La membrana celular o plasmática

    La membrana celular se caracteriza porque:

    Rodea a toda la célula y mantiene su integridad.

    Está compuesta por dos sustancias orgánicas: proteínas ylípidos, específicamente fosfolípidos.

    Los fosfolípidos están dispuestos formando una doble capa (bicapa lipídica), donde se encuentran sumergidas las proteínas.

    Es una estructura dinámica.

    Es una membrana semipermeable o selectiva, esto indica que sólo pasan algunas sustancias (moléculas) a través de ella.

    Tiene la capacidad de modificarse y en este proceso forma poros y canales

    Funciones de la membrana celular

    Regula el paso de sustancias hacia el interior de la célula y viceversa. Esto quiere decir que incorpora nutrientes al interior de la célula y permite el paso de desechos hacia el exterior.

    Como estructura dinámica, permite el paso de ciertas sustancias e impide el paso de otras.

    Aísla y protege a la célula del ambiente externo

    Ver: PSU: Biología, Pregunta 03_2005

    El citoplasma

    Se caracteriza porque:

    Es una estructura celular que se ubica entre la membrana celular y el núcleo.

    Contiene un conjunto de estructuras muy pequeñas, llamadas organelos celulares.

    Está constituido por una sustancia semilíquida.

    Químicamente, está formado por agua, y en él se encuentran en suspensión, o disueltas, distintas sustancias como proteínas, enzimas, líquidos, hidratos de carbono, sales minerales, etcétera.

    Funciones del citoplasma

    Nutritiva. Al citoplasma se incorporan una serie de sustancias, que van a ser transformadas o desintegradas para liberar energía.

    De almacenamiento. En el citoplasma se almacenan ciertas sustancias de reserva.

    Estructural. El citoplasma es el soporte que da forma a la célula y es la base de sus movimientos.

    Los organelos celulares

    Son pequeñas estructuras intracelulares, delimitadas por una o dos membranas. Cada una de ellas realiza una determinada función, permitiendo la vida de la célula. Por la función que cumple cada organelo, la gran mayoría se encuentra en todas las células, a excepción de algunos, que solo están presentes en ciertas células de determinados organismos.

    Mitocondrias: en los organismos heterótrofos, las mitocondrias son fundamentales para la obtención de la energía.

    Son organelos de forma elíptica, están delimitados por dos membranas, una externa y lisa, y otra interna, que presenta pliegues, capaces de aumentar la superficie en el interior de la mitocondria. Poseen su propio material genético llamado DNA mitocondrial.

    La función de la mitocondria es producir la mayor cantidad de energía útil para el trabajo que debe realizar la célula. Con ese fin, utiliza la energía contenida en ciertas moléculas. Por ejemplo, tenemos el caso de la glucosa.

    Esta molécula se transforma primero en el citoplasma y posteriormente en el interior de la mitocondria, hasta CO2(anhídrido carbónico), H2O (agua) y energía. Esta energía no es ocupada directamente, sino que se almacena en una molécula especial llamada ATP (adenosin trifosfato).

    El ATP se difunde hacia el citoplasma para ser ocupado en las distintas reacciones en las cuales se requiere de energía. Al liberar la energía, el ATP queda como ADP (adenosin difosfato), el cual vuelve a la mitocondria para transformarse nuevamente en ATP.

    La formación del ATP puede representarse mediante la siguiente reacción química:

    Energía

    ADP + P + ----------------> ATP (P = fosfato)

    Esta reacción permite almacenar la energía.

    En tanto, el proceso inverso, de liberación de energía, es:

    ATP

    ----------------> ADP + P + Energía




    Cloroplastos: son organelos que se encuentran sólo en células que están formando a las plantas y algas verdes. Son más grandes que las mitocondrias y están rodeados por dos membranas una externa y otra interna.

    Poseen su propio material genético llamado DNA plastidial, y en su interior se encuentra la clorofila (pigmento verde) y otros pigmentos. Los cloroplastos son los organelos fundamentales en los organismos autótrofos, es decir, aquellos capaces de fabricar su propio alimento.

    En ellos ocurre la fotosíntesis. Para que esta se realice, se requiere de CO2, agua y energía solar, sustancias con las cuales la planta fabrica glucosa. Esta molécula le sirve de alimento al vegetal y a otros seres vivos.

    Así se forma, también, el oxígeno que pasa hacia la atmósfera.

    clorofila

    6CO2 +6H2O + Energía----------------> glucosa + 6O2

    Ribosomas: son pequeños corpúsculos, que se encuentran libres en el citoplasma, como gránulos independientes, o formando grupos, constituyendo polirribosomas. También, pueden estar asociados a la pared externa de otro organelo celular, llamado retículo endoplasmático rugoso. En los ribosomas tiene lugar la síntesis de proteínas, cuyo fin es construir el cuerpo celular, regular ciertas actividades metabólicas, etcétera.

    Retículo endoplasmático: corresponde a un conjunto de canales y sacos aplanados, que ocupan una gran porción del citoplasma.

    Están formados por membranas muy delgadas y comunican el núcleo celular con el medio extracelular -o medio externo-.

    Existen dos tipos de retículo. Uno es el llamado rugoso, en la superficie externa de su membrana van adosados ribosomas.

    Su función consiste en transportar proteínas que fueron sintetizadas por los ribosomas y, además, algunas proteínas que forman parte de ciertas membranas de distintas estructuras de la célula.

    El otro tipo es el liso. Carece de ribosomas y está asociado a ciertas reacciones relacionadas con la producción de sustancias de naturaleza lipídica -lípidos o grasas-.

    Aparato de Golgi: está delimitado por una sola membrana y formado por una serie de sacos membranosos aplanados y apilados uno sobre otro. Alrededor de estos sacos, hay una serie de bolsitas membranosas llamadas vesículas. El aparato de Golgi existe en las células vegetales -dictiosoma- y animales. Actúa muy estrechamente con el retículo endoplasmático rugoso.Es el encargado de distribuir las proteínas fabricadas en este último, ya sea dentro o fuera de la célula. Además, adiciona cierta señal química a las proteínas, que determina el destino final de éstas.

    Lisosomas: es un organelo pequeño, de forma esférica y rodeado por una sola membrana. En su interior, contiene ciertas sustancias químicas llamadas enzimas -que permiten sintetizar o degradar otras sustancias-. Los lisosomas están directamente asociados a los procesos de digestión intracelular. Esto significa que, gracias a las enzimas que están en el interior, se puede degradar proteínas, lípidos, hidratos de carbono, etcétera. En condiciones normales, los lisosomas degradan membranas y organelos, que han dejado de funcionar en la célula.

    Centríolos: están presentes en las células animales. En la gran mayoría de las células vegetales no existen. Conformados por un grupo de nueve túbulos ordenados en círculos, participan directamente en el proceso de división o reproducción celular, llamadomitosis.

    Vacuolas: son vesículas o bolsas membranosas, presentes en la célula animal y vegetal; en ésta última son más numerosas y más grandes. Su función es la de almacenar -temporalmente- alimentos, agua, desechos y otros materiales.

    El núcleo

    Es fundamental aclarar que existen células que tienen un núcleo bien definido y separado del citoplasma, a través de una membrana llamada membrana doble nuclear o carioteca. A estas células con núcleo verdadero, se les denomina células eucariontes.

    Hay otras células -en las bacterias y en ciertas algas unicelulares- que no tienen un núcleo definido ni determinado por una membrana. Esto indica que los componentes nucleares están mezclados con el citoplasma. Este tipo de células se denominanprocariontes.

    En la célula eucarionte el núcleo se caracteriza por:

    Ser voluminoso.

    Ocupar una posición central en la célula.

    Estar delimitado por la membrana carioteca. Ésta presenta poros definidos, que permiten el intercambio de moléculas entre el núcleo y el citoplasma.

    En el interior del núcleo se pueden encontrar:

    Núcleo plasma o jugo nuclear.

    Nucléolo: cuerpo esférico, formado por proteínas, ácido desoxi-ribonucleico (ADN) y ácido ribonucleico (ARN), ambos compuestos orgánicos.

    El nucléolo tiene la información para fabricar las proteínas.

    Material genético: está organizado en verdaderas hebras llamadas cromatinas, formadas por ADN. Cuando la célula se reproduce, la cromatina se condensa y forma unas estructuras llamadas cromosomas, donde está contenida toda la información genética propia de cada ser vivo.

    La función del núcleo es dirigir la actividad celular, es decir, regula el funcionamiento de todos los organelos celulares.