Metabolismo Celular: Procesos Bioquímicos Esenciales

El metabolismo celular comprende el conjunto de reacciones químicas que ocurren en las células, catalizadas por enzimas. Estas reacciones son fundamentales para mantener la vida, permitiendo a los organismos crecer, reproducirse, mantener sus estructuras y responder a su entorno.

Catabolismo: Liberación de Energía

El catabolismo es el proceso de degradación de moléculas complejas en otras más simples. Durante este proceso, se libera energía, la cual se utiliza principalmente para formar ATP (Adenosín Trifosfato) a partir de ADP (Adenosín Difosfato) y fosfato inorgánico.

Anabolismo: Síntesis y Construcción

El anabolismo es la síntesis de moléculas complejas a partir de otras más simples. Este proceso requiere energía, que proviene del ATP producido durante el catabolismo. Existe un acoplamiento entre ambos procesos: el ATP generado en el catabolismo es consumido en el anabolismo.

El ATP: Moneda Energética Celular

El ATP es un nucleótido no nucleico que actúa como la principal fuente de energía en la célula. Es una molécula inestable que libera energía al romperse sus enlaces de alta energía por hidrólisis. Las células utilizan enzimas específicas para romper estos enlaces y aprovechar la energía liberada en sus diversos procesos vitales.

Rutas Catabólicas Clave

• Ácidos Grasos: Almacenan energía y, al ser degradados, generan CO₂, H₂O y ATP.
• Glucosa: Se oxida en la respiración celular, un proceso que ocurre en el citoplasma y las mitocondrias. Este proceso requiere oxígeno, por lo que se denomina respiración aerobia.

Principales Rutas del Catabolismo de la Glucosa

• Glucólisis: Transforma una molécula de glucosa en dos moléculas de ácido pirúvico. Este proceso tiene lugar en el citoplasma.
• Ciclo de Krebs (Ciclo del Ácido Cítrico): Transforma el ácido pirúvico en acetil-coenzima A. Produce CO₂ y coenzimas reducidas (NADH y FADH₂). Ocurre en el espacio interno de la mitocondria.
• Transporte de Electrones: Transfiere electrones desde las coenzimas reducidas (NADH y FADH₂) hasta el oxígeno molecular, formando agua. Esta cadena respiratoria se localiza en la membrana interna de la mitocondria.
• Fosforilación Oxidativa: Aprovecha la energía liberada en la cadena respiratoria para producir grandes cantidades de ATP a partir de ADP y fosfato.

Respiración Celular: Un Proceso Integrado

La respiración celular es un proceso complejo que inicia con la glucólisis, produciendo ácido pirúvico y ATP. Posteriormente, en la mitocondria, el ácido pirúvico se convierte en acetil-CoA, que se oxida completamente en el ciclo de Krebs. El CO₂ se libera como subproducto y la cadena respiratoria, utilizando oxígeno, genera la mayor parte del ATP.

Fermentaciones: Procesos Anaerobios

Las fermentaciones son procesos anaerobios que oxidan la glucosa sin la presencia de oxígeno, liberando una cantidad significativamente menor de energía (ATP) en comparación con la respiración celular. Se llevan a cabo en el citoplasma.

• Fermentación Láctica: Ocurre en células musculares cuando hay poco oxígeno y en ciertas bacterias lácticas. El ácido pirúvico se transforma en ácido láctico.
• Fermentación Alcohólica: Realizada por levaduras y algunos hongos. El ácido pirúvico pierde CO₂ y se transforma en acetaldehído, que luego se reduce a etanol.

Comparativa del Catabolismo de la Glucosa

• Respiración Celular:
  • Oxidación: Total de la glucosa.
  • Productos: CO₂ + H₂O + gran cantidad de ATP.
  • Oxígeno: Requiere oxígeno (aerobia).
  • Localización: Mitocondrias.
• Fermentación:
  • Oxidación: Parcial de la glucosa.
  • Productos: Ácido láctico o etanol + CO₂ + 2 ATP.
  • Oxígeno: Sin oxígeno (anaerobia).
  • Localización: Citosol.
  • Organismos: Bacterias lácticas, levaduras.

Composición y Función de la Sangre

La sangre es un tejido conectivo líquido vital que circula por el cuerpo, transportando sustancias esenciales y participando en la defensa del organismo.

Plasma Sanguíneo

El plasma sanguíneo es la parte líquida de la sangre, compuesta principalmente por agua, proteínas (como fibrinógeno, globulinas y albúminas) y otras sustancias disueltas (nutrientes, hormonas, sales minerales, desechos).

Elementos Formes de la Sangre

• Glóbulos Rojos (Eritrocitos): Células encargadas del transporte de oxígeno gracias a la hemoglobina.
• Glóbulos Blancos (Leucocitos): Células que forman parte del sistema inmunitario, participando activamente en la defensa del cuerpo contra infecciones y enfermedades.
• Plaquetas (Trombocitos): Fragmentos celulares esenciales para la coagulación sanguínea y la prevención de hemorragias.

Vasos Sanguíneos

Los vasos sanguíneos son los conductos por los que circula la sangre en el cuerpo.

• Arterias: Vasos que transportan la sangre desde el corazón hacia los órganos y tejidos.
• Capilares: Vasos sanguíneos muy finos que forman redes extensas, permitiendo el intercambio directo de gases, nutrientes y desechos entre la sangre y los tejidos.
• Venas: Vasos que recogen la sangre desde los capilares y la devuelven al corazón.

Principales Vasos Sanguíneos y Cámaras Cardíacas Asociadas

• Arteria Pulmonar: Lleva sangre desoxigenada del ventrículo derecho a los pulmones.
• Aorta: Transporta sangre oxigenada del ventrículo izquierdo al resto del cuerpo.
• Aurícula Derecha: Recibe sangre desoxigenada de las venas cavas (superior e inferior) y la vena coronaria.
• Aurícula Izquierda: Recibe sangre oxigenada de las cuatro venas pulmonares.

El Ciclo Cardíaco: Mecánica del Corazón

El ciclo cardíaco es la secuencia de eventos mecánicos y eléctricos que ocurren en el corazón durante cada latido. Dura aproximadamente 0.8 segundos y se repite unas 70 veces por minuto en reposo.

Fases del Ciclo Cardíaco

1. Diástole General (Relajación): Fase de relajación de todas las cámaras cardíacas, permitiendo el llenado de los ventrículos.
2. Sístole Auricular (Contracción de Aurículas): Las aurículas se contraen, impulsando la sangre restante hacia los ventrículos.
3. Sístole Ventricular (Contracción de Ventrículos): Los ventrículos se contraen, expulsando la sangre hacia las arterias (aorta y pulmonar).

Ruidos Cardíacos

Los ruidos cardíacos son sonidos producidos por el cierre de las válvulas cardíacas, audibles con un estetoscopio.

• Primer Ruido (S1): Se produce por el cierre de las válvulas tricúspide y mitral al inicio de la sístole ventricular.
• Segundo Ruido (S2): Se produce por el cierre de las válvulas aórtica y pulmonar al inicio de la diástole ventricular.

El Sistema Circulatorio: Tipos y Recorridos

La circulación sanguínea en humanos es doble (la sangre pasa dos veces por el corazón en cada ciclo completo), cerrada (la sangre siempre circula dentro de los vasos sanguíneos) y completa (la sangre oxigenada y desoxigenada no se mezclan).

Tipos de Circulación

1. Circulación Menor (Pulmonar):
   • Recorrido: Va del ventrículo derecho a la aurícula izquierda.
   • Proceso: La sangre venosa (desoxigenada) sale del ventrículo derecho por la arteria pulmonar hacia los pulmones. En los alvéolos pulmonares, la sangre se oxigena (intercambio gaseoso). La sangre oxigenada regresa al corazón por las cuatro venas pulmonares, desembocando en la aurícula izquierda.
2. Circulación Mayor (Sistémica):
   • Recorrido: Va del ventrículo izquierdo a la aurícula derecha.
   • Proceso: La sangre oxigenada sale del ventrículo izquierdo por la aorta y se distribuye por todo el cuerpo. A través de los capilares, se entregan nutrientes y oxígeno a los tejidos, y se recogen desechos y CO₂. La sangre venosa (desoxigenada) regresa al corazón por las venas cavas superior e inferior, entrando en la aurícula derecha.

Sistema Respiratorio: Estructura y Función

El sistema respiratorio es el encargado de la captación de oxígeno y la eliminación de dióxido de carbono del organismo.

Vías Respiratorias Superiores

• Entrada de Aire: Principalmente por la nariz (preferible) y, en menor medida, por la boca.
• Orificios Nasales: Contienen pelos que actúan como primera barrera, bloqueando partículas grandes.
• Cavidad Nasal: Dividida por el tabique nasal, revestida por epitelio ciliado y con cornetes óseos. Los cornetes aumentan la superficie de contacto y crean turbulencias para atrapar partículas.
• Células Ciliadas: Mueven el moco cargado de partículas hacia la faringe para ser tragado.
• Mucosa Nasal (Pituitaria Roja): Rica en vasos sanguíneos, su función es calentar y humedecer el aire inhalado.
• Pituitaria Amarilla: Zona olfatoria que contiene receptores conectados al bulbo olfativo, permitiendo el sentido del olfato.
• Senos Paranasales: Cavidades óseas (frontal, esfenoidal, etmoidal, maxilar) que aligeran el cráneo y contribuyen a la resonancia de la voz.
• Paladar: Separa la cavidad nasal de la oral, terminando en la úvula (campanilla).

Vías Respiratorias Inferiores

• Faringe: Conducto que comunica la nariz y la boca con la laringe y el esófago. Contiene las amígdalas, que forman parte de la defensa inmunológica.
• Laringe: Tubo compuesto por ocho cartílagos principales, incluyendo la epiglotis. Es el órgano de la voz, ya que contiene las cuerdas vocales.
  • Epiglotis: Cartílago que cierra la entrada de la laringe al tragar, evitando que los alimentos entren en las vías respiratorias.
  • Producción de Sonido: Se genera por la vibración de las cuerdas vocales. El tono y el volumen dependen del grosor y la tensión de las cuerdas, así como de la fuerza del aire expulsado.
• Tráquea: Tubo cilíndrico reforzado con anillos cartilaginosos en forma de herradura (que la mantienen abierta). Está revestida con epitelio ciliado y moco para atrapar partículas.
• Bronquios: La tráquea se bifurca en dos bronquios principales, que también poseen anillos cartilaginosos y se ramifican progresivamente en bronquiolos más pequeños.
• Alvéolos: Pequeños sacos aéreos ubicados al final de los bronquiolos, cubiertos por una densa red de capilares. Es el lugar principal donde ocurre el intercambio gaseoso: el oxígeno pasa a la sangre y el dióxido de carbono pasa del capilar al aire para ser exhalado.

Los Pulmones

• Ápice: Parte superior de cada pulmón, situada debajo de la clavícula.
• Base: Parte inferior de cada pulmón, que descansa sobre el diafragma.
• Lóbulos: El pulmón derecho tiene tres lóbulos, mientras que el izquierdo tiene dos (para dejar espacio al corazón).
• Composición: Incluyen el árbol bronquial, vasos sanguíneos, y un tejido conjuntivo blando y elástico.
• Pleura: Membrana serosa doble que recubre los pulmones y la cavidad torácica. Entre sus capas, contiene líquido pleural, que lubrica y permite el deslizamiento suave de los pulmones durante la respiración.

Fisiología Respiratoria: Mecanismos y Tipos

La fisiología respiratoria describe cómo el cuerpo realiza el intercambio de gases.

• Ventilación Pulmonar: Es el proceso de renovación del aire en los pulmones, que se logra mediante la inspiración (entrada de aire) y la espiración (salida de aire).
• Inspiración: Es un proceso activo. El diafragma se contrae y desciende, y los músculos intercostales levantan las costillas, lo que aumenta el volumen de la cavidad torácica. Este aumento de volumen reduce la presión pulmonar, permitiendo que el aire exterior entre en los pulmones.
• Espiración: Es un proceso generalmente pasivo (en reposo). El diafragma y los músculos intercostales se relajan y vuelven a su posición original. El volumen torácico disminuye, la presión pulmonar aumenta y el aire es expulsado de los pulmones.
• Intercambio Pulmonar (Hematosis): Ocurre en los alvéolos por difusión, debido a la diferencia de presión parcial de oxígeno (PO₂) y dióxido de carbono (PCO₂) entre el aire alveolar y la sangre capilar. El oxígeno pasa de los alvéolos a los glóbulos rojos, mientras que el dióxido de carbono se transporta disuelto en el plasma, como bicarbonato y, en menor medida (20-30%), unido a la hemoglobina.
• Tipos de Respiración:
  • La respiración abdominal o diafragmática predomina en reposo, ayudando a relajar y masajear los órganos internos.
  • La respiración torácica utiliza principalmente los músculos intercostales y es más evidente durante el ejercicio físico.
  • La respiración normal es una combinación de ambas y su patrón varía según la actividad física y el estado del individuo.

Sistema Digestivo: Alimentación, Nutrición y Estructura

Alimentación y Nutrición

• Alimentación: Es la ingesta voluntaria de alimentos.
• Nutrición: Es un proceso involuntario y complejo del cuerpo que transforma los nutrientes de los alimentos en energía y materia para el crecimiento, mantenimiento y reparación celular. Los alimentos son la fuente de los nutrientes que el cuerpo utiliza en la nutrición.

Estructura del Tracto Digestivo

El tubo o tracto digestivo es un conducto largo y musculoso donde los alimentos se transforman en moléculas pequeñas y absorbibles que pueden pasar a la sangre y la linfa.

Boca

• La lengua mueve el alimento, facilita la deglución, percibe el gusto y colabora en el habla.
• Los dientes trituran el alimento, realizando la primera fase de la digestión mecánica.

Funciones de la Saliva

• Humedecer el alimento para facilitar la deglución.
• Disminuir el rozamiento del bolo alimenticio en el tracto.
• Iniciar la digestión química de los carbohidratos (amilasa salival).
• Limpiar la cavidad bucal.
• Actuar como bactericida, protegiendo contra infecciones y caries.

Faringe

Conecta la boca y la nariz con el esófago y la laringe. Contiene las amígdalas (anteriormente llamadas anginas), que son ganglios linfáticos que protegen de infecciones.

Esófago

Es un conducto musculoso que transporta el bolo alimenticio desde la faringe hasta el estómago mediante ondas rítmicas de contracción muscular llamadas movimientos peristálticos. El esfínter esofágico inferior (cardias) regula el paso al estómago y previene el reflujo gástrico. Su mucosa interna protege contra daños.

Estómago

Órgano en forma de saco, con dos esfínteres:

• El cardias: Evita el reflujo del contenido gástrico hacia el esófago.
• El píloro: Controla el paso del quimo (alimento parcialmente digerido) al intestino delgado.

Contiene dos tipos de glándulas:

• Glándulas Gástricas: Secretan enzimas digestivas (como la pepsina y la lipasa gástrica) y ácido clorhídrico.
• Glándulas Mucosas: Producen mucina, una sustancia protectora que recubre la pared del estómago.

Funciones del Estómago

• Almacenar el alimento para permitir su digestión gradual.
• Mezclar el alimento con los jugos gástricos para formar el quimo.
• Iniciar la digestión de proteínas.

Intestino Delgado

Posee una mucosa con numerosas vellosidades intestinales, ricas en vasos sanguíneos y nervios. Las células de estas vellosidades tienen microvellosidades, lo que aumenta enormemente la superficie de contacto con el quimo para una absorción eficiente. Se divide en:

• Duodeno: Primera porción, con función principalmente digestiva. Recibe secreciones del hígado (bilis) y del páncreas (jugo pancreático).
• Yeyuno e Íleon: Las porciones media y final, respectivamente, con una función predominantemente absortiva debido a su gran superficie de vellosidades y microvellosidades. El íleon termina en la válvula ileocecal, que lo conecta con el intestino grueso.

Intestino Grueso

Se divide en:

• Ciego: Un saco corto al inicio, del cual se proyecta el apéndice vermiforme, considerado un órgano linfoide.
• Colon: La parte más larga, con tres secciones: ascendente, transverso y descendente.
• Recto: La porción final, que termina en el ano, cerrado por el esfínter anal interno (involuntario) y el esfínter anal externo (voluntario).

Función del Intestino Grueso

El intestino grueso absorbe principalmente agua y sales minerales, y almacena las heces antes de su eliminación. También alberga una importante flora bacteriana que fermenta residuos no digeridos y sintetiza algunas vitaminas (simbiosis nutricional).

Hígado: Glándula Anexa Esencial

El hígado es la glándula más grande del cuerpo. Produce bilis, que se almacena en la vesícula biliar y es esencial para la emulsión de lípidos (facilitando su digestión y absorción). La vena porta hepática transporta nutrientes absorbidos desde el intestino directamente al hígado para su procesamiento.

Funciones del Hígado

• Secretar bilis.
• Participar en el metabolismo glucídico: convierte la glucosa en glucógeno para almacenamiento y viceversa.
• Participar en el metabolismo lipídico: degrada lípidos y sintetiza lipoproteínas.
• Eliminar toxinas y metabolitos de fármacos.
• Sintetizar vitaminas (A y D), glucógeno y diversas proteínas plasmáticas (como albúmina y fibrinógeno).

Páncreas: Glándula con Doble Función

El páncreas es una glándula que vierte jugo pancreático al duodeno, rico en enzimas digestivas. También contiene los islotes de Langerhans, que producen hormonas como la insulina y el glucagón, reguladoras del azúcar en sangre.

Funciones del Páncreas

• Función Exocrina: Digiere polisacáridos, proteínas, lípidos y ácidos nucleicos gracias a sus enzimas.
• Función Exocrina: Neutraliza el pH ácido del quimo proveniente del estómago.
• Función Endocrina: La insulina favorece la absorción de glucosa por las células, reduciendo los niveles de azúcar en sangre.
• Función Endocrina: El glucagón estimula la liberación de glucosa almacenada en el hígado, aumentando los niveles de azúcar en sangre.

Proceso Digestivo: Etapas Clave

El proceso digestivo se puede dividir en varias etapas fundamentales:

1. Ingestión

   Los alimentos se introducen en la boca, se mastican y se mezclan con la saliva (que contiene la enzima amilasa salival), formando el bolo alimenticio.

2. Deglución

   La lengua empuja el bolo alimenticio hacia la faringe. La epiglotis se cierra para impedir que el alimento entre en las vías respiratorias (laringe y tráquea), dirigiéndolo hacia el esófago.

3. Digestión

   1. En el estómago, el bolo alimenticio se mezcla con los jugos gástricos (que contienen ácido clorhídrico, pepsina, lipasa gástrica y mucus), transformándose en una masa semilíquida llamada quimo.
   2. El quimo pasa al intestino delgado, donde se mezcla con el jugo pancreático (con enzimas para hidratos de carbono, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos) y la bilis (que emulsiona los lípidos, neutraliza el pH ácido del quimo y facilita la absorción de vitaminas liposolubles). Aquí el quimo se convierte en quilo.

4. Absorción

   1. Los nutrientes, ya en moléculas pequeñas, pasan del intestino a la sangre y la linfa a través de las vellosidades intestinales y microvellosidades.
   2. Los glúcidos (monosacáridos), aminoácidos y vitaminas hidrosolubles se absorben directamente a la sangre. Los lípidos y las vitaminas liposolubles se absorben principalmente a la linfa.
   3. La sangre rica en nutrientes absorbidos viaja al hígado a través de la vena porta hepática para su posterior metabolización y distribución.

5. Expulsión (Egestión o Defecación)

   1. En el intestino grueso, se absorbe la mayor parte del agua y los electrolitos restantes del quilo, y los residuos no digeridos se compactan para formar las heces.
   2. La flora bacteriana del intestino grueso fermenta los residuos no digeridos y sintetiza algunas vitaminas (como la K y algunas del grupo B).
   3. Las heces, compuestas por bacterias, restos celulares, fibra (celulosa no digerida) y agua, son almacenadas en el recto y finalmente expulsadas del cuerpo a través del ano.

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