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Control y coordinación

A-Level Biología · Tema 15

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9:38

Nervios y músculos

Toca algo caliente y tu mano ya se está moviendo antes de sentir el dolor. La señal nunca fue a tu cerebro a pedir permiso. Corrió hacia la médula…

Narración en inglés · Subtítulos en inglés + 中文 quemados en pantalla

15.1

Dos sistemas de control

Syllabus
  1. describir las características del sistema endocrino con referencia a las hormonas ADH, glucagón e insulina (ver 14.1.8, 14.1.9 y 14.1.10)
  2. comparar las características del sistema nervioso y el sistema endocrino
  3. describir la estructura y función de una neurona sensorial y una neurona motora, y señalar que las neuronas intermedias conectan las neuronas sensoriales con las neuronas motoras
  4. exponer el papel de las células receptores sensoriales en la detección de estímulos y en la estimulación de la transmisión de impulsos en las neuronas sensoriales
  5. describir la secuencia de eventos que da lugar a un potencial de acción en una neurona sensorial, utilizando como ejemplo una célula quimiorreceptora en una papila gustativa humana
  6. describir y explicar los cambios en el potencial de membrana de las neuronas, incluyendo: • cómo se mantiene el potencial de reposo • los eventos que ocurren durante un potencial de acción • cómo se restablece el potencial de reposo durante el período refractario
  7. describir y explicar la rápida transmisión de un impulso en una neurona mielínica con referencia a la conducción saltatoria
  8. explicar la importancia del período refractario en la determinación de la frecuencia de los impulsos
  9. describir la estructura de una sinapsis colinérgica y explicar cómo funciona, incluido el papel de los iones de calcio
  10. describir los roles de las uniones neuromusculares, el sistema de túbulos T y el retículo sarcoplasmático en la estimulación de la contracción en el músculo estriado
  11. describir la ultraestructura del músculo estriado con referencia a la estructura del sarcomero, utilizando micrografías electrónicas y diagramas
  12. explicar el modelo de filamentos deslizantes de la contracción muscular, incluidos los papeles de la troponina, la tropomiosina, los iones de calcio y el ATP

Fuente: Plan de estudios Cambridge International

El cuerpo posee dos sistemas de coordinación. El sistema endocrino 内分泌系统 envía hormonas 激素 químicas (como la ADH, el glucagón y la insulina) a través de la sangre. El sistema nervioso 神经系统 envía señales eléctricas rápidas a lo largo de las células nerviosas.

El sistema nervioso utiliza impulsos eléctricos rápidos; el sistema endocrino utiliza hormonas químicas lentas
El control nervioso es rápido y eléctrico; el control hormonal es lento y químico
Tomas escaneadas de un cerebro humano
Una tomografía del cerebro humano, el centro de control del sistema nervioso
Característica Sistema nervioso Sistema endocrino
señal impulso eléctrico impulso 冲动 hormona química
transporte a lo largo de las células nerviosas en la sangre
velocidad muy rápida más lenta
duración corta más larga
Vocabulario Entrenar
Inglés Chino Pinyin
endocrine system/ˈendəʊkraɪn ˈsɪstəm/ 内分泌系统 nèi fēn mì xì tǒng
hormone/ˈhɔːməʊn/ 激素 jī sù
nervous system/ˈnɜːvəs ˈsɪstəm/ 神经系统 shén jīng xì tǒng
impulse/ˈɪmpʌls/ 冲动 chōng dòng
15.1

Neuronas

Una neurona 神经元 es una célula nerviosa. Existen tres tipos:

  • Una neurona sensorial 感觉神经元 transporta impulsos desde un receptor hacia el cerebro o la médula espinal.
  • Una neurona motora 运动神经元 transporta impulsos hacia un efector, como un músculo 肌肉.
  • Las neuronas intermedias 中间神经元 conectan las neuronas sensoriales con las neuronas motoras.

Una neurona posee una fibra larga (el axón) a lo largo de la cual viaja el impulso.

Una neurona motora con un cuerpo celular que contiene el núcleo, dendritas, un axón largo envuelto en vaina de mielina con nodos de Ranvier entre segmentos, terminando en terminales en un músculo
Una neurona motora: el impulso viaja a lo largo del axón, saltando entre los espacios (nodos de Ranvier) en la vaina de mielina

Así es como se ven las neuronas reales en una sección teñida de tejido cerebral:

Micrografía óptica de tejido cerebral con barra de escala: varios cuerpos celulares neuronales teñidos de marrón oscuro sobre un fondo pálido, cada uno con forma aproximadamente triangular y procesos finos extendiéndose desde él
Neuronas reales teñidas de marrón: pueden observarse los cuerpos celulares y los procesos finos que transportan señales hacia y desde cada célula
Explorar

Explorar una neurona motora

Toca cada parte. El impulso viaja desde el cuerpo celular a lo largo del largo axón hasta las terminales, saltando entre los huecos de la mielina.

Vocabulario Entrenar
Inglés Chino Pinyin
neurone/ˈnjuːrəʊn/ 神经元 shén jīng yuán
sensory neurone/ˈsensəri ˈnjuːrəʊn/ 感觉神经元 gǎn jué shén jīng yuán
motor neurone/ˈməʊtə ˈnjuːrəʊn/ 运动神经元 yùn dòng shén jīng yuán
15.1

Detección de un estímulo

Una célula receptora sensorial 感受器 detecta un estímulo 刺激 e inicia un impulso en una neurona sensorial. Por ejemplo, una célula quimiorreceptora 化学感受器 en una papila gustativa 味蕾 detecta químicos en los alimentos, lo que desencadena un potencial de acción 动作电位 en la neurona sensorial.

Arco reflejo: un estímulo es detectado por un receptor, transmitido a lo largo de una neurona sensorial a una neurona de relevo en la médula espinal, luego a una neurona motora y un músculo efector, produciendo una respuesta
Un arco reflejo: estímulo → receptor → neurona sensorial → relevo → neurona motora → efector → respuesta
15.1

El impulso nervioso

El impulso es un cambio en el voltaje a través de la membrana de la neurona.

  • Potencial de reposo 静息电位 — cuando no pasa ningún impulso, el interior es negativo en comparación con el exterior. Esto se mantiene mediante una bomba que move iones de sodio hacia afuera y iones de potasio hacia adentro, y porque la membrana es más permeable al potasio.
  • Potencial de acción — un estímulo hace que se abran los canales de sodio, por lo que los iones de sodio entan rápidamente y el interior se vuelve brevemente positivo (despolarización). Luego se abren los canales de potasio, los iones de potasio salen, y el potencial de membrana 膜电位 vuelve a ser negativo (repolarización).
  • Período refractario 不应期 — justo después de un potencial de acción, los canales de sodio no pueden abrirse nuevamente durante un breve tiempo. Esto restaura el potencial de reposo y establece un límite sobre la frecuencia con la que se pueden enviar impulsos.
Gráfico del potencial de membrana a lo largo del tiempo: reposo a -70 mV, pico hasta +40 mV al entrar sodio (despolarización), descenso al salir potasio (repolarización), seguido de una caída refractaria antes de volver al reposo
Un potencial de acción: la entrada de sodio causa despolarización; la salida de potasio causa repolarización; luego hay un período refractario

Impulsos más rápidos: mielina

Algunas neuronas están envueltas en una vaina de mielina 髓鞘 grasa. El impulso no puede atravesar la vaina, por lo que salta de un espacio a otro. Este salto, llamado conducción saltatoria 跳跃式传导, hace que el impulso viaje mucho más rápido.

Axón mielinizado donde el impulso salta en saltos curvos de un nodo de Ranvier al siguiente, omitiendo los segmentos mielinizados
El impulso salta de nodo a nodo — conducción saltatoria — por lo que una neurona mielinizada conduce mucho más rápido
Explorar

Potencial de acción

Pasa por un impulso nervioso: una rápida despolarización cuando Na⁺ entra, luego repolarización cuando K⁺ sale, luego recuperación.

Vocabulario Entrenar
Inglés Chino Pinyin
action potential/ˈækʃn pəˈtenʃl/ 动作电位 dòng zuò diàn wèi
resting potential/ˈrestɪŋ pəˈtenʃl/ 静息电位 jìng xī diàn wèi
membrane potential/ˈmembreɪn pəˈtenʃl/ 膜电位 mó diàn wèi
refractory period/rɪˈfræktəri ˈpɪərɪəd/ 不应期 bù yīng qī
myelin sheath/ˈmaɪɪlɪn ʃiːθ/ 髓鞘 suǐ qiào
saltatory conduction/ˈsɒltətəri kənˈdʌkʃn/ 跳跃式传导 tiào yuè shì chuán dǎo
15.1

La sinapsis

Una sinapsis 突触 es una tiny gap (pequeña separación) entre dos neuronas. Una sinapsis colinérgica 胆碱能突transmite la señal de la siguiente manera:

  1. el impulso llega y provoca la entrada de iones de calcio 钙离子 en la primera neurona.
  2. esto hace que las vesículas liberen un neurotransmisor 神经递质 llamado acetilcolina 乙酰胆碱.
  3. la acetilcolina se difunde a través de la separación y se une a receptores en la siguiente neurona.
  4. esto inicia un nuevo impulso en la siguiente neurona.
Sinapsis: el impulso entrante permite la entrada de iones de calcio, las vesículas liberan acetilcolina en el surco sináptico, y se une a receptores en la siguiente neurona para iniciar un nuevo impulso
En una sinapsis, la acetilcolina se difunde a través del surco y se une a receptores para iniciar un nuevo impulso en la siguiente neurona
Explorar

A través de una sinapsis

Paso a paso. El impulso eléctrico se convierte en uno químico — el neurotransmisor transporta la señal a través del espacio.

Vocabulario Entrenar
Inglés Chino Pinyin
synapse/ˈsɪnæps/ 突触 tū chù
cholinergic synapse/ˌkɒlɪˈnɜːdʒɪk ˈsɪnæps/ 胆碱能突触 dǎn jiǎn néng tū chù
calcium ion/ˈkælsɪəm ˈaɪɒn/ 钙离子 gài lí zi
neurotransmitter/ˈnjuːrətrænsmɪtə/ 神经递质 shén jīng dì zhì
acetylcholine/ˈæsɪtɪlkəliːn/ 乙酰胆碱 yǐ xiān dǎn jiǎn
neuromuscular junction/ˌnjuːrəˈmʌskjʊlə ˈdʒʌŋkʃn/ 神经肌肉接头 shén jīng jī ròu jiē tóu
striated muscle/ˈstraɪeɪtɪd ˈmʌsl/ 横纹肌 héng wén jī
15.1

Músculos y cómo se contraen

Una unión neuromuscular 神经肌肉接头 es similar a una sinapsis, pero entre una neurona motora y un músculo.

El músculo estriado 横纹肌 está formado por fibras largas. Cada fibra está dividida en unidades repetitivas llamadas sarcomeros 肌节. En su interior hay dos tipos de filamentos 肌丝: gruesos (miosina) y finos (actina). El sistema de túbulos T T小管 transporta el impulso profundamente dentro de la fibra, y el retículo sarcoplasmático 肌质网 almacena y libera iones de calcio.

Micrografía electrónica de músculo mostrando muchas fibras paralelas cruzadas por un patrón regular de franjas oscuras y claras
De aquí proviene el nombre "estriado". Cada bloque repetitivo oscuro-claro es un sarcomero; las bandas son los filamentos gruesos y finos superpuestos en diferentes grados. Cuando el músculo se contrae, los filamentos se deslizan uno sobre el otro y cada sarcomero se acorta

El modelo de filamento deslizante 肌丝滑动模型 explica la contracción:

  1. un impulso provoca que el retículo sarcoplasmático libere iones de calcio.
  2. los iones de calcio se unen a la troponina 肌钙蛋白, lo que hace que la tropomiosina 原肌球蛋白 se mueva y descubra los sitios de unión en la actina.
  3. las cabezas de miosina se unen a la actina y la tiran hacia adentro, utilizando energía del ATP.
  4. los filamentos finos se deslizan sobre los gruesos, por lo que cada sarcomero se acorta y el músculo se contrae.
Un sarcomero relajado encima de uno contraído: los filamentos finos de actina y los gruesos de miosina se superponen más en el contraído, por lo que sus líneas Z están más juntas
Modelo de filamento deslizante: la actina fina se desliza sobre la miosina gruesa, por lo que el sarcomero se acorta
Explorar

Cómo se contrae un músculo

Recorre el modelo de filamentos deslizantes: el calcio descubre los sitios de unión, luego la miosina tira del actin hacia adentro.

Vocabulario Entrenar
Inglés Chino Pinyin
muscle/ˈmʌsl/ 肌肉 jī ròu
intermediate neurone/ˌɪntəˈmiːdɪət ˈnjuːrəʊn/ 中间神经元 zhōng jiān shén jīng yuán
sensory receptor/ˈsensəri rɪˈseptə/ 感受器 gǎn shòu qì
stimulus/ˈstɪmjʊləs/ 刺激 cì jī
chemoreceptor/ˌkiːməʊˈreseptə/ 化学感受器 huà xué gǎn shòu qì
taste bud/teɪst bʌd/ 味蕾 wèi lěi
sarcomere/ˈsɑːkəmɪə/ 肌节 jī jié
filament/ˈfɪləmənt/ 肌丝 jī sī
T-tubule/tiː ˈtjuːbjuːl/ T小管 T xiǎo guǎn
sarcoplasmic reticulum/ˌsɑːkəˈplæzmɪk reˈtɪkjʊləm/ 肌质网 jī zhì wǎng
sliding filament model/ˈslaɪdɪŋ ˈfɪləmənt ˈmɒdl/ 肌丝滑动模型 jī sī huá dòng mó xíng
troponin/ˈtrɒpənɪn/ 肌钙蛋白 jī gài dàn bái
tropomyosin/ˈtrɒpəmɪɒsɪn/ 原肌球蛋白 yuán jī qiú dàn bái
Venus fly trap/ˈviːnəs flaɪ træp/ 捕蝇草 bǔ yíng cǎo
15.2

Control y coordinación en plantas

Syllabus
  1. describir la respuesta rápida de la trampa de mosca (Venus fly trap) ante la estimulación de los pelos situados en los lóbulos de hojas modificadas, y explicar cómo se logra el cierre de la trampa
  2. explicar el papel de la auxina en el crecimiento por elongación al estimular el bombeo de protones para acidificar las paredes celulares
  3. describir el papel de la giberelina en la germinación de la cebada (ver 16.3.4)

Fuente: Plan de estudios Cambridge International

La trampa mosca

La trampa mosca 捕蝇草 tiene pelos diminutos en sus hojas tipo trampa. Cuando un insecto toca los pelos, se propaga una señal eléctrica rápida, las células pierden agua rápidamente y cambian de forma, y la trampa se cierra de golpe para atrapar al insecto.

Trampa mosca abierta: dos lóbulos rojos bordeados con espinas largas, con varios pelos rígidos pequeños erguidos sobre la superficie roja
Una trampa abierta. Las espinas largas alrededor del borde solo encerraron al insecto — son los pocos pelos de activación cortos y rígidos que se erigen sobre la superficie roja los que deben tocarse para disparar la señal

Auxina y crecimiento

La auxina 生长素 es una hormona vegetal que hace que las células crezcan más largas (elongación 伸长 crecimiento). Lo logra haciendo que la célula bombee protones 质子 (iones de hidrógeno) hacia la pared celular 细胞壁. Esto acidifica 酸化 la pared, la afloja, para que la célula pueda estirarse a medida que entra agua.

Célula vegetal corta bombeando iones de hidrógeno hacia su pared, luego una célula más larga tras la pared aflojada le permite estirarse al entrar agua
"Crecimiento ácido" de la auxina: H⁺ bombeados hacia la pared la aflojan, por lo que la célula se estira más a medida que entra agua

Giberelina y germinación

La giberelina 赤霉素 controla la germinación 萌发 de semillas de cebada 大麦. Activa los genes que producen amilasa, la cual descompone el almidón almacenado en azúcares para alimentar a la plántula en crecimiento.

Ejemplo resuelto. Explique por qué un impulso nervioso atraviesa una sinapsis solo en una dirección, y por qué la mielinización acelera el impulso a lo largo de un axón. En una sinapsis, las vesículas 的 neurotransmisores se encuentran únicamente en la neurona presináptica, y los receptores solo en la membrana postsináptica — por lo que el transmisor solo puede cruzar en un sentido, lo que convierte a la sinapsis en una válvula de un solo sentido. A lo largo de un axón mielinizado, la vaina de mielina aisla la membrana, por lo que los iones solo pueden cruzar en los nodos de Ranvier; por tanto, el impulso salta de nodo a nodo (conducción saltatoria) en lugar de despolarizar cada parte de la membrana sucesivamente, lo cual es mucho más rápido y consume menos ATP. Localice la estructura responsable de cada efecto: las vesículas y los receptores determinan la dirección, mientras que el aislamiento y los nodos determinan la velocidad.

Explorar

Fototropismo: inclinación hacia la luz

Paso a paso. La auxina se acumula en el lado sombreado, hace que esas células crezcan más largas, y el tallo se inclina hacia la luz.

Vocabulario Entrenar
Inglés Chino Pinyin
auxin/ˈɔːksɪn/ 生长素 shēng zhǎng sù
elongation/iːˌlɒnˈɡeɪʃn/ 伸长 shēn cháng
proton/ˈprəʊtɒn/ 质子 zhì zi
cell wall/sel wɔːl/ 细胞壁 xì bāo bì
acidify/əˈsɪdɪfaɪ/ 酸化 suān huà
gibberellin/ˌdʒɪbəˈrelɪn/ 赤霉素 chì méi sù
germination/ˌdʒɜːmɪˈneɪʃn/ 萌发 méng fā
barley/ˈbɑːli/ 大麦 dà mài
15.2

Consejos para el examen

  • Explique el potencial de reposo (bomba Na+/K+; interior más negativo) y luego el potencial de acción (despolarización → repolarización) como fenómenos de todo-o-nada.
  • La conducción saltatoria (mielina, nodos de Ranvier) acelera el impulso; el período refractario lo hace unidireccional y discreto.
  • Describa la sinapsis en orden: entra Ca2+ → fusión de vesículas → neurotransmisor → receptores → nuevo impulso.
  • La contracción muscular sigue el modelo de filamento deslizante (actina, miosina, ATP, Ca2+).

Lecciones interactivas sobre este tema

Trátalo paso a paso, con ejercicios de verificación instantánea.

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