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1 En el trabajo de esta unidad didáctica vas a colaborar con la CIENCIA. Sí, como lo lees: serás partícipe de un ambicioso proyecto de investigación, el proyecto AMILOIDE. ¿Cómo? Pues verás, es más sencillo de lo que parece. El proyecto “AMILOIDE” está siendo desarrollado por los científicos del Grupo de Biología Estructural y Computacional del Centro de Neurociencia y Biología Ce- lular (CNC) de la Universidad de Coimbra. Están tratando de buscar entre millo- nes de posibles fármacos aquellos que puedan evitar la formación de amiloides causantes de las enfermedades neurodegenerativas. Es como buscar una aguja en un pajar. Lo hacen simulando por ordenador la interferencia del fármaco con la formación del amiloide. Para ello necesitan mucha memoria de computación y por eso este proyecto está encajado en la Plataforma de Computación Voluntaria Ibercivis. Esta plataforma (Universidad de Zaragoza) acoge a todos aquellos ciudadanos que quieran donar la memoria de CPU de su ordenador a la ciencia para desarro- llar múltiples proyectos de investigación. El proyecto con el que vas a colaborar necesita mucha capacidad computacional para ensayar interacciones entre fár- macos y la formación de amiloides que causan enfermedades muy graves, casi siempre mortales y que van creciendo en número de pacientes en la actualidad. Y no te preocupes, usan la memoria de tu ordenador cuando tú no la necesitas y sin que tú notes nada en tu trabajo. Además, en esta unidad vas a aprender muchas cosas sobre el funcionamiento normal del sistema nervioso humano, su anatomía básica y también los defec- tos más comunes de su funcionamiento como las enfermedades infecciosas o la esquizofrenia. 1. INTRODUCCIÓN Hasta finales del siglo XIX se sabía muy poco sobre la estructura y funcionamien- to del sistema nervioso. Las teorías a cer- ca del sistema nervioso más aceptadas hasta este momento se denominaban “reticulistas” y sostenían que estaba for- mado por miles de millones de células, unidas unas a otras formando una maraña o red con multitud de prolongaciones que hacían que su estudio resultara muy difícil. En 1985, Camilo Golgi, puso a punto una técnica de tinción del tejido nervioso que sin duda modificó para siempre las líneas de investigación en este tema. Em-

1. INTRODUCCIÓN - Ibercivis · 1 C3 ... y si la excitación es suficientemente ... y la velocidad de propagación depende sólo del tipo de fibra nerviosa

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Text of 1. INTRODUCCIÓN - Ibercivis · 1 C3 ... y si la excitación es suficientemente ... y la velocidad...

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    En el trabajo de esta unidad didctica vas a colaborar con la CIENCIA. S, como lo lees: sers partcipe de un ambicioso proyecto de investigacin, el proyecto AMILOIDE.

    Cmo? Pues vers, es ms sencillo de lo que parece.

    El proyecto AMILOIDE est siendo desarrollado por los cientficos del Grupo de Biologa Estructural y Computacional del Centro de Neurociencia y Biologa Ce-lular (CNC) de la Universidad de Coimbra. Estn tratando de buscar entre millo-nes de posibles frmacos aquellos que puedan evitar la formacin de amiloides causantes de las enfermedades neurodegenerativas. Es como buscar una aguja en un pajar. Lo hacen simulando por ordenador la interferencia del frmaco con la formacin del amiloide. Para ello necesitan mucha memoria de computacin y por eso este proyecto est encajado en la Plataforma de Computacin Voluntaria Ibercivis.

    Esta plataforma (Universidad de Zaragoza) acoge a todos aquellos ciudadanos que quieran donar la memoria de CPU de su ordenador a la ciencia para desarro-llar mltiples proyectos de investigacin. El proyecto con el que vas a colaborar necesita mucha capacidad computacional para ensayar interacciones entre fr-macos y la formacin de amiloides que causan enfermedades muy graves, casi siempre mortales y que van creciendo en nmero de pacientes en la actualidad. Y no te preocupes, usan la memoria de tu ordenador cuando t no la necesitas y sin que t notes nada en tu trabajo.

    Adems, en esta unidad vas a aprender muchas cosas sobre el funcionamiento normal del sistema nervioso humano, su anatoma bsica y tambin los defec-tos ms comunes de su funcionamiento como las enfermedades infecciosas o la esquizofrenia.

    1. INTRODUCCIN

    Hasta finales del siglo XIX se saba muy poco sobre la estructura y funcionamien-to del sistema nervioso. Las teoras a cer-ca del sistema nervioso ms aceptadas hasta este momento se denominaban reticulistas y sostenan que estaba for-mado por miles de millones de clulas, unidas unas a otras formando una maraa o red con multitud de prolongaciones que hacan que su estudio resultara muy difcil.

    En 1985, Camilo Golgi, puso a punto una tcnica de tincin del tejido nervioso que sin duda modific para siempre las lneas de investigacin en este tema. Em-

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    pleando su tcnica consigui que slo un pequeo grupo de clulas se tiera al azar y por entero, permitiendo diferenciarlas de los tejidos que se encontraban alrededor. Fue la primera vez que pudieron verse las estructuras nerviosas.

    Sin embargo el descubrimiento de la estructura del sistema nervioso se debe a los trabajos de un cientfico espaol, Santiago Ramn y Cajal, que mejor las tc-nicas de Golgi y revel que el sistema nervioso estaba formado por clulas sepa-radas, bien definidas y que se comunicaban entre s a travs de espacios vacos. El investigador espaol decidi enfrentarse con su teora antirreticulista a los grandes cientficos de la poca, encontrando en Golgi su ms firme detractor.

    Los trabajos de Ramn y Cajal sobre el sistema nerviosos se vieron recompen-sados con la concesin en 1906 del premio Nobel de Fisiologa y Medicina, que comparti con Golgi, a pesar de lo cual nunca respald las investigaciones de Ramn y Cajal.

    Si quieres saber algo ms sobre estos dos personajes haz clic aqu.

    Ramn y Cajal1 Camilo Golgi2

    2. EL SISTEMA NERVIOSO ES UN SISTEMA DE COORDINACIN

    El hombre, para llevar a cabo los procesos propios de su actividad vital (di-gestin, movimiento, reproduccin, la excrecin de sustancias de desecho, etc.), necesita estar en constante relacin tanto con el medio externo como con el interno.

    Mediante la funcin del relacin el hombre ,al igual que el resto de los seres vivos, recibe informacin y elabora respuestas.

    Para llevar a cabo la funcin de relacin en el ser humano es necesario disponer de un sistema de coordinacin que nos permita detectar los cambios que se producen en el medio, analizarlos y responder ante ellos elaborando repuestas adecuadas. Esto se logra gracias a dos sistemas:

    Sistema nervioso: Est formado por tejido nervioso, elabora respuestas rpidas y poco duraderas. Acta por medio de impulsos nerviosos, que se propagan a lo largo de los nervios.

    Sistema endocrino: Est constituido por glndulas endocrinas, elaboran respuestas muy lentas, pero duraderas. Acta por medio de mensajeros qu-

    1 http://es.wikipedia.org/wiki/Santiago_Ram%C3%B3n_y_Cajal2 http://www.iqb.es/historiamedicina/personas/golgi.htm

    http://es.wikipedia.org/wiki/Santiago_Ram%C3%B3n_y_Cajalhttp://www.iqb.es/historiamedicina/personas/golgi.htm
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    micos, las hormonas, que viajan por la sangre hasta la clula u rgano sobre el que actan.

    Los dos sistemas dirigen y regulan todas las actividades corporales y se encuen-tran estrechamente relacionados, actuando de manera integrada.

    Los elementos que intervienen en el proceso de coordinacin son:

    Receptor: Es la estructura capaz de percibir los estmulos y transmitirlos a los centros nerviosos. Los rganos de los sentidos son receptores que cap-tan estmulos del exterior del organismo. Se denomina estmulo a cualquier cambio, tanto del exterior como del interior del cuerpo, capaz de provocar una respuesta del organismo. Puede ser un sonido, un olor, etc.

    Centro nervioso: Es el rgano encargado de recibir la informacin per-cibida por los receptores, procesarla y elaborar y transmitir una serie de respuestas a los rganos efectores.

    Efector: Es el rgano encargado de llevar a cabo la repuesta. Puede haber dos tipos de efectores que desarrollan dos tipos de respuestas distintas:

    - Msculo: produce una respuesta motora, que implica un movimiento.- Glndula: provoca una respuesta secretora, consiste en la secrecin de

    alguna sustancia.

    ACTIVIDAD 1Averigua cuanto sabes sobre la funcin de relacin realizando el test que aparece en el siguiente enlace:

    Funcin de Relacin3

    3. LOS COMPONENTES CELULARES DEL SISTEMA NERVIOSO

    El sistema nervioso est formado por dos tipos de clulas: las neuronas y las clulas de la gla.

    Para comprender la estructura y el funcionamiento del sistema nervioso resulta imprescindible estudiar cmo son estos dos tipos celulares:

    3 http://catedu.es/chuegos/control/relacion.swf

    http://catedu.es/chuegos/control/relacion.swf
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    3.1. LA NEURONA

    Son clulas especializadas que presentan una estructura muy peculiar en la que se distinguen los siguientes elementos:

    Las dendritas: son ramificaciones cortas y numerosas que se encargan de recibir informacin del entorno interno o externo, o de otras neuronas.

    El cuerpo celular o soma: contiene el ncleo y los orgnulos celulares y acta como centro de integracin, es decir, suma todas las seales que recibe y si la excitacin es suficientemente elevada, iniciar una respuesta.

    El axn: una fibra larga y fina que transmite la seal producida cuyo ex-tremo final se ensancha y recibe el nombre de botn terminal. Normalmente slo existe un axn en cada neurona, y puede medir ms de un metro ( como ocurre en los axones de las neuronas motoras de la mdula espinal que se extienden hasta el final de las extremidades).

    Segn la funcin que realicen las neuronas se pueden clasificar en:

    Neuronas sensitivas o aferentes: reciben informacin de los receptores y la transmiten a la regin del sistema nervioso que se encarga de su proce-samiento.

    Neuronas de asociacin: conectan unas neuronas con otras.

    Neuronas motoras o eferentes: transmiten las rdenes elaboradas hasta los rganos efectores ( msculos y glndulas).

    1 cuerpo celular

    2 dendritas

    3 ncleo

    4 aparto Golgi

    5 cono axnico

    6 cuerpos de Nissl

    7 mitocondria

    8 axn mielnico

    9 clulas de Schwann

    10 ndulo de Ranvier

    11 colateral del axn

    12 telodendro

    13 botones terminales

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    Para saber ms acerca de la estructura celular de las neuronas haz clic aqu.

    NEURONAS4

    ACTIVIDAD 2Seala las respuestas correctas sobre las neuronas:

    Los axones emiten la informacin. Las dendritas emiten la informacin. Las dendritas contienen el ncleo celular. Los axones reciben la informacin.

    ACTIVIDAD 3Pon nombre a las estructuras numeradas:

    1

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    5

    6

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    4 http://www.uc.cl/sw_educ/neurociencias/html/frame02.html

    http://www.uc.cl/sw_educ/neurociencias/html/frame02.html
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    3.2. CLULAS DE LA GLA

    Son clulas que se encuentran inter-caladas entre las neuronas, a las que protegen, aslan o alimentan. Las principales clulas gliales son:

    1. los astrocitos que nutren a las neuronas

    2. clulas de Schwann que se en-rollan alrededor del axn de determinadas neuronas, formando una cubierta aislante de mielina.

    4. IMPULSO NERVIOSO Y SINAPSIS

    4.1. IMPULSO NERVIOSO

    Las neuronas pueden transmitir numerosos mensajes (cambios en el medio externo e interno, rdenes de movimiento hacia los msculos, etc.) Toda esta informacin se transmite en forma de se-ales elctricas que reci-ben el nombre de impulso nervioso. Pero Cmo puede una neurona iniciar una corriente elctrica?

    El impulso nervioso va recorriendo la membrana plasmtica de la neurona, y cuando llega al final del axn puede trans-mitirse a otra neurona.

    La membrana plasmtica, como la de to-das las clulas vivas, est polarizada, es decir su superficie interna tiene una di-ferencia de potencial con respecto al ex-terior, ya que las cargas elctricas se re-parten de distinta forma dentro y fuera de la clula. De este modo, en el interior hay un predominio de cargas ( iones) negati-

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    vas en relacin con el exterior ( que tiene mayor concentracin de iones Na+). Esta diferencia de potencial, de unos -70 mV, se denomina potencial de reposo.

    Si un determinado estmulo en la neu-rona es eficaz, provoca una alteracin en la permeabilidad de su membra-na que permite la entrada masiva de iones Na+ en ese punto e invierte la polaridad, que se hace positiva en el interior y negativa en el exterior. Este proceso llamado despolarizacin, se aprecia en una brusca variacin del potencial de reposos ( desde unos 70 mV hasta , aproximadamente + 30 mV), que se conoce como potencial de accin).

    La despolarizacin perturba elctricamente las neuronas adyacentes al punto donde se aplic el estmulo y se propaga a lo largo de toda la neurona. Poste-riormente, la accin de las enzimas transportadoras que existen en la membrana extrae el Na+ y hace que se recupere el estado inicial punto por punto ( repo-larizacin). Estas enzimas se conocen como bombas de sodio Na+ /k +, ya que tambin participan iones k +.

    Para entender como funciona la bomba de Na-K haz clic aqu5

    Para que el estmulo recibido sea eficaz, ha de tener una intensidad mnima, llamada umbral de excitabilidad, por debajo de la cual no se inicia el impulso.

    Si se alcanza el umbral, la velocidad de transmisin del estmulo no se incremen-ta por mucho que aumente la intensidad. Esta afirmacin se conoce como la ley del todo o nada, es decir, cuando un estmulo tiene la intensidad suficiente para iniciar un impulso, este se conduce independientemente de su naturaleza y de su intensidad, y la velocidad de propagacin depende slo del tipo de fibra nerviosa y de su dimetro (cuando mayor sea este mayor es la velocidad).

    Despus de iniciarse un impulso y durante cierto tiempo (0,5-2 ms), no puede comenzar otro (perodo refractario). Este periodo es el tiempo que tarda la neu-rona en recuperar su polaridad.

    4.2. SINAPSIS

    Un modo ms divertido de ver como se mueven todos estos iones lo encontra-rs en el siguiente enlace o BIDI: Sinapsis6

    5 http://hnncbiol.blogspot.com/2008/01/bomba-de-sodio-y-potasio.html6 http://www.youtube.com/watch?v=EdfQlKdU5nA&feature=related

    http://hnncbiol.blogspot.com/2008/01/bomba-de-sodio-y-potasio.htmlhttp://www.youtube.com/watch?v=EdfQlKdU5nA&feature=related
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    En el sistema nervioso las neuronas estn separadas unas de otras por un peque-o espacio denominados hendidura sinptica. El impulso nervioso que hemos visto cmo se genera y cmo se transmite a lo largo de la neurona en el apartado anterior puede transmitirse tambin a la siguiente neurona mediante un proceso conocido como sinapsis.

    En el proceso de sinapsis se pueden distinguir varios elementos:

    Zona presinptica: Corresponde al axn de la neurona por la que llega la informacin.

    Zona postsinptica: Es la parte especializada de otra neurona a la que va destinada la informacin nerviosa.

    Hendidura sinptica: Es el espacio que separa ambas zonas.

    La transmisin del impulso nervioso de una neurona a otra se produce graciasa la liberacin en la hendidura sinptica de unas sustancias denominadas neuro-transmisores . Estas sustancias se produ-cen en unas vesculas producidas en la neurona presinptica denominadas ve-sculas sinpticas. Estas vesculas carga-das de neurotransmisores se acumulan en la zona terminal del axn ( los botones terminales, como el que ves en la figura).

    La llegada de un impulso nervioso a tra-vs del axn de la neurona presinptica hace que las vesculas sinpticas liberen los neurotransmisores que contienen a la hendidura sinptica. Una vez all di-funden hasta encontrar receptores especficos en la neurona postsinptica. Esto provoca en ella un cambio en el potencial de membrana, que si supera el umbral de excitacin se propaga a travs de toda la neurona postsinptica.

    Aqu7 podrs ver una animacin que describe este proceso.

    Una vez que han actuado, los neurotransmisores son eliminados por enzimas producidas en la neurona postsinptica para que desaparezca la excitacin.

    Los neurotransmisores son molculas qumicamente muy diferentes y pueden actuar como activadores o inhibidores dependiendo de la neurona postsintica con la que contacte.

    7 http://www.iqb.es/cbasicas/bioquim/cap9/movie01.htm

    http://www.iqb.es/cbasicas/bioquim/cap9/movie01.htm
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    ACTIVIDAD 4Sabras decir cuantos grupos de neurotransmisores existen?Qu requi-sitos debe reunir una molcula para que sea considerada un neurotrans-misor?

    En este enlace8 encontrars mucha informacin sobre los neurotrans-misores que sin duda te resultar interesante.

    Existen dos tipos de sinapsis:

    Sinapsis qumica: en este tipo de sinapsis los neurotransmisores son li-berados a la hendidura sinptica debido a una seal elctrica (variacin de cargas), esto hace que se libere una sustancia qumica (el neurotransmisor), que es capaz de generar nuevamente una seal elctrica en la neurona post-sinptica. Se dice por tanto que este es un proceso electroqumico.

    Sinapsis elctrica: Es un tipo de sinapsis frecuente en algunos inverte-brados en la cual el impulso nervioso de la neurona presinptica produce una despolarizacin suficiente en la neurona postsinptica. No intervienen neurotransmisores.

    Cuando el impulso nervioso llega hasta el rgano efector (glndula o msculo) los neu-rotransmisores se liberan y entran en con-tacto con las clulas de stos generan una respuesta, contraccin si es un msculo o secrecin si es una glndula.

    5. ESTRUCTURA DEL SISTEMA NERVIOSO EN VERTEBRADOS

    El sistema nervioso se divide en sistema nervioso central (SNC) y sistema nervio-sos perifrico (SNP). El primero constituye los centros nerviosos superiores de integracin, control y coordinacin, mientras que el segundo est formado por las conexiones con los receptores y con los efectores.

    El SNC est protegido por dos cubiertas: una sea (el crneo y la columna verte-bral) y otra membranosa, las meninges llamadas piamadre, aracnoides y dura-madre. Entre las dos primeras se encuentra el espacio subaracnoideo, por donde circula el lquido cefalorraqudeo.

    8 http://www.iqb.es/cbasicas/bioquim/cap9/c9s01_31.htm#acetilcolina

    http://www.iqb.es/cbasicas/bioquim/cap9/c9s01_31.htm#acetilcolina
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    La estructura general del sistema nervioso podra resumirse en el siguiente cua-dro:

    ESTRUCTURA DEL SISTEMA NERVIOSO

    SISTEMA NERVIOSO CENTRAL

    MDULA ESPINAL

    ENCFALO TRONCO CERE-BRAL

    MIELENCFALO

    MESENCFALO

    CEREBELO METENCFALO

    CEREBRO DIENCFALO

    TELENCFALO

    SISTEMA NERVIOSO

    PERIFRICO

    SOMTICO NERVIOS CRANEALES

    NERVIOS ESPINALES

    AUTNOMO SIMPTICO

    PARASIMPTICO

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    5.1. SISTEMA NERVIOSO CENTRAL:

    La funcin de los diferentes componentes del sistema nervioso central la resu-mimos a continuacin:

    ESTRUCTURA DEL SISTEMA NERVIOSO FUNCIN

    ENCFALO CEREBRO DIENCFALO EPITLAMO:Reginquecontienelaglndulapinealquesegregaunahormona llamadamelatoninacuya funcines regular los ciclos circadianos. Esta glndula recibe elnombredetercerojoenalgunosvertebradosinferioresporsufuncinfotorreceptora.

    TLAMO:Esunazonadepasodelainformacinyelcen-trodeinterpretacindemuchosestmulossensitivosquevanhaciaelcerebro

    HIPOTLAMO:regulalasensacindesed,elequilibrioh-drico,elhambreylasaciedad,losimpulsossexuales, losritmosbiolgicosydel sueo, reguladiferentesestadosemocionales y se relaciona con la hipfisis para la pro-duccinyliberacindehormonas.Delhipotlamoparteeltallohipofisarioqueconectaconlaglndulahipfosis.

    TELENCFALO Analizalainformacinsensorialyelcontroldelosmovi-mientosvoluntarios,lamemoriaylainteligencia

    CEREBELO METENCFALO Componeelcentrodelequilibrio,delosreflejospostura-lesydelacoordinacinmotora.

    TRONCO CEREBRAL

    MESENCFALO Enestazonasedesarrollanlostubrculoscuadrigminosalosquelleganfibrasdelosnerviospticosyauditivos,quehacensinapsisycontinanhastaelreacorrespon-dientedelacortezacerebral.

    MIELENCFALO Controla muchas actividades vitales automticas de lasvsceras, ya que contiene centros nerviosos encargadosde regular el latidodel corazn, el ritmo respiratorio, lacontraccinyladilatacindelosvasossanguneos,losre-flejosdedeglucinyelvmito.Aquseproduceelcrucedemuchasvasnerviosasqueunenelencfaloylamdu-la.Debidoaestecruzamiento,elladoizquierdodelcere-brocontrolalasactividadesyrecibeinformacindelladoderechodelcuerpo,yviceversa.

    MDULA ESPINAL

    EslapartemenosespecializadadelSNC.

    Tienedosfuncionescaractersticas:

    - Seencargadeconducirlascorrientessensitivasdesdelosreceptoressensorialeshastaloscentrosnerviosos,yrespuestasmotoras,desdeestoshastalosrganosefectores.

    - Elaboralosactosreflejos,repuestasinnatasyrpidasfrenteadeterminadosestmulos.Enlaelaboracindenaactoreflejonointervienenloscentrosnerviososdelencfalo.

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    5.2. SISTEMA NERVIOSO PERIFRICO

    Se forma a partir del SNC y su misin es conectar todos los receptores y efec-tores del organismo con los centros nerviosos. Est constituido por una parte aferente (est formada por neuronas que llevan la informacin desde los recep-tores al SNC) y otra eferente (con-duce las respuestas desde el SNC hasta los efectores).

    Se pueden diferenciar dentro del SNP:

    El sistema somtico: inerva los msculos esquelticos, que son de control voluntario. Las neuronas que constituyen esta parte del sis-tema nervioso perifrico presentan sus cuerpos neuronales agrupados dentro del encfalo (nervios cra-neales) y la mdula (nervios ra-qudeos) y sus largos axones mie-lnicos llegan hasta los msculos esquelticos.

    El sistema autnomo: es el encar-gado de regular las funciones que se realizan de forma involuntaria, es decir, el cerebro no tienen con-trol sobre l.

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    En el SNA pueden diferenciarse dos sistemas:

    1. Sistema nervioso simptico: Sus fibras salen de las regiones torcica y lumbar de la mdula. Los ganglios, que se intercalan entre la fibra pregan-glionar y la posganglionar, se localizan cerca de la mdula y a ambos lados de esta. Las fibras preganglionares son cortas, mientras que las posganglionares son largas.

    2. Sistema nervioso parasimptico: Sus fibras salen del encfalo y de la zona sacra de la mdula. En l, los ganglios autnomos se sitan cerca de los rganos efectores o incluso en ellos, por lo que se hallan dispersos y no se disponen en cadenas. Por esta razn, sus fibras preganglionares son largas, mientras que las posganglionares son cortas.

    La mayora de los rganos se encuentran inervados por fibras del sistema ner-vioso autnomo. Ambos sistemas suelen presentar funciones antagnicas. Su funcin ms destacada es la de intentar mantener el medio interno lo ms cons-tante posible, incluso en casos de ataque al organismo.

    En general, el sistema nervioso simptico prepara al organismo para la accin en estados de urgencia, como la lucha, estrs, huida, etc. por ello aumenta la pre-sin sangunea, los latidos, con el consiguiente consumo de energa. En cambio la accin del parasimptico se relaciona con el reposo ( disminuye la presin sangunea, los latidos del corazn), son fenmenos que permiten la acumulacin de energa.

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    ACTIVIDAD 5Escribe el nombre de las partes indicadas.

    ACTIVIDAD 6.Seala las respuestas correctas:

    El encfalo es:

    Es una parte del cerebro. Es una parte del sistema nervioso perifrico. Es la zona ms interna del cerebro. Incluye al cerebro.

    6. FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA NERVIOSO

    El sistema nervioso central puede responder de dos modos diferentes segn sea la naturaleza de los estmulos que recibe: de forma voluntaria o de forma refleja.

    1 Actos voluntarios: Todos ellos se realizan bajo el control del cerebro. Los actos voluntarios son siempre una respuesta voluntaria y consciente. Cuando omos un ruido realizamos un acto voluntario que consiste en mover la cabe-za hacia el lugar del sonido. La sucesin de acontecimientos que dan en este

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    caso sera: el estmulo es recogido por el receptor, en este caso los odos, se transmite por los nervios sensitivos hasta llegar al cerebro, sonde se analiza y se elabora una respuesta, como por ejemplo volver la cabeza.

    La respuesta elaborada es enviada, en forma de impulsos nerviosos, desde el cerebro a travs de los nervios motores a los msculos (efectores), quienes mueven la cabeza.

    2 Actos reflejos: Los actos reflejos son respuestas involuntarias en cuya elaboracin interviene la mdula espinal. Cuando retiramos la mano al pin-charnos estamos realizando un acto reflejo. Estos actos se llevan a cabo me-diante una estructura ner-viosa llamada arco reflejo, en el que intervienen los siguientes elementos:

    Un receptor: capta el estmulo.

    Una neurona sen-sitiva, que lleva el impulso nerviosos desde el receptor hacia la mdula es-pinal.

    Una neurona de asociacin, situada en la mdula, que pone en contacto la neurona sensitiva con la motora.

    Una neurona moto-ra, que conduce la respuesta hasta el efector.

    Un efector (msculo), que realiza el movimiento dando respuesta ( el msculo se contrae y retira el brazo)

    7. ENFERMEDADES DEL SISTEMA NERVIOSO

    Hoy en da existen numerosas enfermedades relacionadas con el funcionamien-to del sistema nervioso. Algunas son infecciosas, otras degenerativas, otras son traumatismos, trastornos psquicos, etc. Vamos a centrarnos en algunas que son motivo de especial preocupacin para la poblacin actual como el Alzheimer o el Parkinson, la esquizofrenia, los traumatismos medulares y algunas infecciones.

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    7.1. ESQUIZOFRENIA

    Es un trastorno cerebral grave que afecta a la capacidad de la persona para pensar con claridad, controlar sus emociones, tomar decisiones o relacionarse con los dems.

    La mayora de las personas que sufren esquizofrenia tienen sntomas de la en-fermedad durante toda la vida. Se desconocen sus causas orgnicas. Slo se ha relacionado con niveles altos de dopamina en el cerebro.

    Esta enfermedad puede ser controlada mediante el uso continuado de ciertos frmacos pero no tiene cura definitiva en la actualidad.

    ACTIVIDAD 7En esta pgina9 puedes informarte sobre este grave trastorno. Busca en ella:

    1. el significado de la palabra esquizofrenia. 2. el porcentaje de personas que la padecen.3. la edad ms frecuente a la que aparece la enfermedad.

    7.2. ENFERMEDADES INFECCIOSAS

    Son enfermedades causadas por diversos agentes infecciosos que afectan al sis-tema nervioso central. La mayora estn causadas por virus y bacterias, como la poliomielitis o las meningitis, pero ltimamente se han descubierto nuevos agentes infecciosos denominados priones, ntimamente relacionados con los amiloides, que provocan enfermedades neurodegenerativas conocidas como en-cefalopatas espongiformes.

    ENFERMEDADES INFECCIOSAS DEL S.N.C.

    Enfermedad Agente causal Caractersticas

    Poliomielitis Virusdelapolio

    Elviruscausadestruccindelasneuronasmotoras,produciendoparlisisyatrofiamuscular.

    9 http://es.wikipedia.org/wiki/Esquizofrenia

    http://es.wikipedia.org/wiki/Esquizofrenia
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    ENFERMEDADES INFECCIOSAS DEL S.N.C.

    Enfermedad Agente causal Caractersticas

    Meningitis

    Virus Lameningitisesunainflamacindelasmenin-gescausadaporvirusobacterias.Producefiebre,dolordecabeza,rigidezdecuello,dolordegargantayvmitos.Lascausadasporbacteriassetratanconan-tibiticosysuelensermsgravesquelasvricas.

    Bacter

    ias

    Neisseriameningitidis

    Hemophilusinfluenzae

    Streptococcuspneu-moniae.

    Encefalopa-tasespon-giformestransmisi-

    bles

    encefalopataespongiforme

    bovina

    scrapiedelasovejasycabras

    enfermedaddeCreutzfeldt-

    Jakob

    Pinchaaqu10parasabermssobrelos

    priones.

    Losprionessonunaformaalteradadeunaprotenacelularnormalquehaper-didosufuncinoriginalyhaadquiridolacapacidaddetransformarlaformanormalenpatolgica.Lapatologasemanifiestaporlaacumulacindepriones(protenasamiloi-des).

    Estasenfermedadessecaracterizanpordaosgravesneurolgicosquellevanalamuerte.Loscerebrosdelosenfermosmuestranaspectodeesponjaporloshuecosdejadosporlasneuronasmuertas.

    10

    ACTIVIDAD 8Conoces alguna otra enfermedad causada por priones? Explcala.

    10 http://axxon.com.ar/rev/149/c-149Divulgacion.htm

    http://axxon.com.ar/rev/149/c-149Divulgacion.htm
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    7.3. ALZHEIMER

    Se trata de una enfermedad neurodegenerativa irreversible que comienza con prdidas leves de memoria, orientacin y razonamiento. A medida que la enfer-medad avanza, se producen dificultades con el lenguaje, incapacidad para seguir instrucciones, cambios de personalidad y comportamiento y termina con una grave incapacidad que termina postrando al enfermo hasta su muerte.

    La incidencia de la enfermedad aumenta a medida que la poblacin envejece, siendo ms probable su aparicin a partir de los 65 aos. Fue descrita por pri-mera vez en 1906 por Alois Alzheimer estudiando un cerebro afectado. Descu-bri placas extracelulares y ovillos fibrosos intracelulares, una prdida de masa cortical y de algunas zonas bajo la corteza. Todos estas caractersticas se obser-van en autopsias de cerebro de enfermos de Alzheimer.

    La enfermedad de Alzheimer se caracteriza por la pr-dida de neuronas y sinapsis en la corteza cerebral y en ciertas regiones subcorticales, en particular de aquellas neuronas que utilizan acetilcolina como neurotransmi-sor. Esta prdida resulta en una atrofia de las regiones afectadas, que son el hipocampo y las amgdalas. Estas reas son las que gestionan nuestra memoria (lo que ex-plica los olvidos) y nuestra vida afectiva, es decir lo que nos relaciona con el mundo exterior y los dems (lo que explica el cambio de carcter y de personalidad y gran parte de las conductas incoherentes e ilgicas).

    Ms tarde se extienden a otras zonas de la corteza cerebral, en particular los lbulos frontales que intervienen en la vida social y relacional.

    Pero las causas de la enfermedad de Alzheimer no han sido completamente des-cubiertas. Las ltimas hiptesis plantean la enfermedad como la va final comn de muchos trastornos de diversa ndole, entre los que destacan:

    Toxinas, como los iones de aluminio. Virus lentos aun por determinar. Trastornos genticos. Cada vez se detectan ms genes implicados en la enfermedad. En este enlace11 explican todo lo que se conoce actualmente sobre las posibles causas del Alzheimer

    Lo que parece evidente es que la va final de la enfermedad que conduce a la demencia est siempre relacionada con la aparicin de cmulos anmalos de

    11 http://www.fundacionalzheimeresp.org/index.php?option=com_content&task=view&id=71&Itemid=137

    http://www.fundacionalzheimeresp.org/index.php?option=com_content&task=view&id=71&Itemid=137
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    protenas beta-amiloide12 y tau13 en el cerebro. Veamos algo ms sobre estos dos componentes proteicos.

    Los amiloides son protenas fibrosas, transformadas a partir de la configuracin globular, que son altamente estables y resistentes a las proteasas, por lo que se acumulan tanto en el medio intracelular como el extracelular.

    Pincha aqu14 si necesitas recordar la naturaleza y estructura de las protenas.

    Beta-amiloide

    El -amiloide es un pptido de 39 a 43 aminocidos de longitud, un fragmento de una protena precursora denominada APP que es una protena transmembra-na en muchas clulas del organismo y tambin del cerebro. La funcin de esta protena de membrana es an desconocida. El -amiloide es el principal compo-nente de las placas seniles en el tejido cerebral y actualmente, se cree que esta molcula es la gran responsable de la cascada de eventos que se desencadena sta enfermedad.

    En el siguiente grfico puedes observar la disposicin transmembrana de la APP

    y la posicin intramembrana del -amiloide. En los enfermos de Alzheimer la APP sufre una proteolisis anmala dando lugar a la aparicin de este fragmento -amiloide que se va acumulando en placas en los espacios extracelulares.

    Revisa la estructura molecular del -amiloide pinchando aqu15

    Existen diversos tipos de protenas amiloides relacionadas con distintas patolo-gas adems del Alzheimer . Quieres saber ms sobre los amiloides?

    Haz clic aqu16

    Ms enfermedades amiloides, aqu17

    12 http://es.wikipedia.org/wiki/Beta-amiloide13 http://es.wikipedia.org/wiki/Tau_%28prote%C3%ADna%2914 http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/2bachillerato/biomol/contenidos14.htm15 http://es.wikipedia.org/wiki/Beta-amiloide16 http://redalyc.uaemex.mx/redalyc/pdf/579/57936307.pdf17 http://www.ibercivis.es/index.php?module=public&section=channels&action=view&id_channel=3&id_subchannel=122

    http://es.wikipedia.org/wiki/Beta-amiloidehttp://es.wikipedia.org/wiki/Tau_%28prote%C3%ADna%29http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/2bachillerato/biomol/contenidos14.htmhttp://es.wikipedia.org/wiki/Beta-amiloidehttp://redalyc.uaemex.mx/redalyc/pdf/579/57936307.pdfhttp://www.ibercivis.es/index.php?module=public&section=channels&action=view&id_channel=3&id_subchannel=122
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    Protenas tau

    Son protenas intracelulares que, en condicio-nes normales, funcionan ensamblando y esta-bilizando los microtbulos del axn por inte-raccin con la tubulina . En las neuronas, los microtbulos son fundamentales para la movi-lidad intracelular de protenas y orgnulos que hace que las neuronas funcionen correctamen-te.

    Repasa la estructura de los microtbulos y su composicin en este enlace18.

    En el Alzheimer, la funcin de las protenas tau se halla alterada impidiendo la asociacin de los microtbulos y provocando una acumu-lacin anmala insoluble de tau que bloquea el transporte de orgnulos y protenas en el citoplasma neuronal. Las tau alteradas forman fibras insolubles que se unen unas con otras creando ovillos de neurofi-brillas, desintegrando el sistema de transporte de la neurona.

    Las neuronas que sufren este proceso se localizan principalmente en el hipo-campo, corteza cerebral y amgdala al igual que los depsitos extracelulares de beta-amiloide.

    7.4. POLINEUROPATA AMILOIDE FAMILIAR (PAF)

    La Polineuropata amiloide familiar (PAF), tambin conocida como amiloidosis o enfermedad de Andrade, es una enfermedad degenerativa que origina un trastorno del sistema nervioso perifrico que se caracteriza inicialmente por los cambios en la sensibilidad a la temperatura y dolor en las extremidades inferio-res y progresa a un estado de debilidad fsica de todos los pacientes, con mlti-ples complicaciones. Hay varias focos de la enfermedad en el mundo, Portugal es uno de los principales. El PAF fue identificado en la dcada de 1950, por el Profesor Corino de Andrade (1906-2005), y desde entonces los esfuerzos para caracterizar la enfermedad y la bsqueda de soluciones teraputicas para los cientficos portugueses y otros alrededor del mundo han sido constantes.

    Es una enfermedad autosmica dominante, progresiva e invalidante que se ca-racteriza por el depsito de material amiloide, cuyo principal componente es una variante mutada de la protena transtiretina (TTR). Los depsitos afectan a las terminaciones nerviosas de los nervios perifricos, al corazn, al hgado y los

    18 http://web.educastur.princast.es/proyectos/biogeo_ov/2BCH/B2_CELULA/t23_CI-TOESQU/diapositivas/Diapositiva14.JPG

    Imagen microscpica de un enre-do neurofibrilar, conformado por

    una protena tau alterada.

    http://web.educastur.princast.es/proyectos/biogeo_ov/2BCH/B2_CELULA/t23_CITOESQU/diapositivas/Diapositiva14.JPG
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    riones, impidiendo su normal funcionamiento y pudiendo causar la muerte a edades tempranas.

    El nico tratamiento que, hasta ahora, ha demostrado ser eficaz contra la PAF es el trasplante heptico, ya que este rgano es el principal lugar de sntesis de la protena transtiretina (TTR).

    El proyecto Amiloide de Ibercivis trata de buscar una alternativa al trasplante heptico que consiste en la bsqueda de compuestos que estabilicen la forma tetramrica normal (no txica) de la protena transtiretina (TTR), inhibiendo as la formacin de amiloide

    7.5. PARKINSON

    La enfermedad de Parkinson es un trastorno neurodegenerativo crnico produ-cido a consecuencia de la destruccin de las neuronas pigmentadas de la sus-tancia negra19.

    Los sntomas ms evidentes son trastornos del movimiento, pero tambin desen-cadena alteraciones en las funciones cognitivas, en la expresin de las emocio-nes y en las funciones autnomas.

    Esta enfermedad representa el segundo trastorno neurodegenerativo por su fre-cuencia, despus de la enfermedad de Alzheimer. Sus causas son desconocidas y produce, con el tiempo, una incapacidad progresiva del paciente. Se han obser-vado agregados amiloides de origen desconocido en la enfermedad de Parkin-son, similares a los encontrados en el Alzheimer.

    La sustancia negra es una zona de unin del cerebro con la mdula espinal, en el tronco del encfalo. Recibe este nombre por que sus neuronas son oscuras a consecuencia de la fabricacin de melanina, un pigmento oscuro que tambin da color al pelo y a la piel. Esta zona controla los movimientos y el tono mus-cular. En la enfermedad de Parkinson este ncleo palidece por la muerte de sus neuronas.

    Mesencfalo: sustancia negra L-TIROSINA

    19 http://es.wikipedia.org/wiki/Sustancia_negra

    http://es.wikipedia.org/wiki/Sustancia_negrahttp://es.wikipedia.org/wiki/Sustancia_negra
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    La desaparicin de las neuronas de la sustancia negra hace que, adems de la melanina, baje mucho la produccin del neurotransmisor dopamina. Ambas sustancias, melanina y dopamina son derivados del aminocido L-tirosina.

    Para saber ms sobre los aminocidos pincha aqu20 .

    8. LA CIENCIA NECESITA TU ORDENADOR

    Actualmente, las enfermedades amiloides no tienen cura. Sin embargo, en el caso de la enfermedad de Alzheimer, existen varios medicamentos que alivian los sn-tomas y reducen el ritmo de progresin de la enfermedad. En el caso de PAF, el nico tratamiento que, hasta ahora, ha demostrado ser eficaz es el trasplante heptico, ya que este rgano es el principal lugar de sntesis de protenas (TTR, transtiretina) responsable de la formacin de amiloide en esta enfermedad.

    El proyecto Amiloide desarrollado sobre la plataforma de Computacin Volunta-ria Ibercivis pretende buscar compuestos que puedan interferir con la formacin de agregados y fibrillas de amiloide en enfermedades neurodegenerativas como el PAF y la enfermedad de Alzheimer.

    Los investigadores del Centro de Neurociencia Computacional y Biologa Ce-lular (CNC) de la Universidad de Coimbra (http://www.cnbc.pt/) necesitan una gran capacidad de cmputo para determinar la afinidad molecular entre la protena implicada en la formacin de los amiloides y cada uno de los miles de sustancias candidatas a actuar como potenciales frmacos.

    Es en este punto en el nosotros estamos colaborando ayudando a la ciencia a encontrar medicamentos que alivien los padecimientos de miles de personas en el mundo afectadas por estas enfermedades cediendo parte de la potencia de nuestros ordenadores del centro.

    20 http://proteinas.org.es/aminoacidos

    http://proteinas.org.es/aminoacidoshttp://www.cnbc.pt/
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    9. ACTIVIDADES FINALES

    ACTIVIDAD 9Realiza este test de auto evaluacin pinchando aqu 21

    ACTIVIDAD 10Realiza la siguiente actividad22

    ACTIVIDAD 11Realiza la siguiente actividad de forma interactiva pinchando en el si-guiente enlace23:

    CRUCIGRAMA

    1

    2

    3

    4

    5

    6

    7

    8

    10 9

    21 http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/1bachillerato/animal/actividades/act6.htm22 http://www.barcarrota2011.es/sn/index.php?option=com_wrapper&view=wrapper&Itemid=69&lang=es23 http://www.barcarrota2011.es/sn/index.php?option=com_wrapper&view=wrapper&Itemid=70&lang=es

    http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/1bachillerato/animal/actividades/act6.htmhttp://www.barcarrota2011.es/sn/index.php?option=com_wrapper&view=wrapper&Itemid=69&lang=eshttp://www.barcarrota2011.es/sn/index.php?option=com_wrapper&view=wrapper&Itemid=70&lang=es
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    DEFINICIONES

    1. Sustancia qumica que comunica una neurona con la siguiente

    2. Tipo de efector que produce una respuesta secretora.

    3. Conjunto de clulas que acompaan a las neuronas.

    4. Cientfico espaol que descubri la individualidad de las neuronas

    5. Centro nervioso que discurre entre las vrtebras

    6. Partcula proteca infecciosa que causa encefalopatas espongiformes

    7. Conexin nerviosa entre neuronas

    8. Tipo de neurona eferente que lleva la respuesta a los efectores.

    9. Ser acelular infeccioso parsito celular obligado

    10. Parte de la neurona por donde viaja el impulso nervioso hasta la neurona siguiente.

    10. BIBLIOGRAFA

    Las pginas web que hemos utilizado en la elaboracin de esta unidad didctica son:

    http://proteinas.org.es/aminoacidos

    http://axxon.com.ar/rev/149/c-149Divulgacion.htm

    http://es.wikipedia.org/wiki/Esquizofrenia

    http://www.alzheimer-online.org/

    http://www.fundacionalzheimeresp.org

    http://redalyc.uaemex.mx/redalyc/pdf/579/57936307.pdf

    http://es.wikipedia.org/wiki/Santiago_Ramn_y_Cajal

    http://www.iqb.es/historiamedicina/personas/golgi.htm

    http://miclase.wordpress.com/2009/09/02/la-funcion-de-relacion/

    http://www.uc.cl/sw_educ/neurociencias/html/frame02.html

    http://www.youtube.com/watch?v=Ow2rsSaKaYk&NR=1

    http://hnncbiol.blogspot.com/2008/01/bomba-de-sodio-y-potasio.html

    http://www.youtube.com/watch?v=EdfQlKdU5nA&feature=related

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    http://www.iqb.es/cbasicas/bioquim/cap9/movie01.htm

    http://www.iqb.es/cbasicas/bioquim/cap9/c9s01_31.htm#acetilcolina

    http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/

    Adems hemos consultado los siguientes recursos bibliogrficos:

    Tratado de fisiologa mdica. A.C. Guyton. Editorial: Interamericana.

    Atlas de Anatoma humana. Sobotta. Editorial: Panamericana.

    Biologa Celular y molecular. Darnell, Lodish, Baltimore. Editorial: Omega

    Biologa. Curtis, Barnes. Editorial: Panamericana.

    Microbiologa: Stanier, Ingraham,Wheelis, Painter. Editorial: Revert, s.a.

    Biologa y Geologa 1 de Bachillerato. Proyecto Tesela. Editorial: Oxford

    Biologa y Geologa 1 de Bachillerato. .Editorial: Edelvives.

    Biologa y Geologa 1 de Bachillerato. .Editorial: Mc Graw Hill

    Biologa 2 Bachillerato. Editorial: Oxford.

    El cerebelo. Setlef Heck y Fahad Sultan. Investigacin y Ciencia Abril 2002.

    Bases bioqumicas de la esquizofrenia. Mente y cerebro. Investigacin y Ciencia. N 44 2010.

    Descubrimiento del alzheimer. Mente y cerebro. Investigacin y Ciencia. N 44 2010.

    Anticiparse al alzheimer. Stix, Gary. Investigacin y Ciencia Agosto 2010