MÓDULO 2: “Metabolismo y función de nutrición”.
OBTENCIÓN DE LA ENERGÍA Y CAPTACIÓN DE LA MATERIA EN VEGETALES
LA FOTOSÍNTESIS:
Fotosíntesis (Gr. photos, luz + syn, junto + tithenai, ubicar)
La conversión de energía luminosa a energía química que tiene lugar en los cloroplastos de las células eucarióticas (algas y plantas) o en los tilacoides y protoplasma de las células procarióticas. Implica tanto la recepción de la energía lumínica, su conversión a energía química (ATP y NADPH) así como la fijación del dióxido de carbono en compuestos orgánicos.
Todos los seres vivos incorporan continuamente sustancias químicas del medio para desarrollar sus diferentes procesos vitales. En el caso de organismos autótrofos, como las plantas, las algas y algunas bacterias (cianobacterias), el proceso fundamental de su nutrición es la fotosíntesis.
Este proceso consiste en una serie de reacciones químicas en las que se utilizan sustancias inorgánicas presentes en el ambiente: agua (H2O) y dióxido de carbono (CO2). Para la ocurrencia de estas reacciones se necesita energía lumínica, la cual es transformada en energía química por los organismos fotosintéticos.
En la fotosíntesis se producen dos sustancias imprescindibles para los seres vivos del ecosistema. Una de las sustancias producidas en la fotosíntesis es el oxígeno (O2), que se libera a la atmósfera. Este gas está íntimamente relacionado con el proceso de respiración celular que realizan todos los seres vivos aeróbicos. La otra sustancia fundamental producida en la fotosíntesis es la glucosa (C6H12O6), una molécula de alto valor energético a partir de la cual se originan otras biomoléculas indispensables para los organismos, como proteínas, lípidos y otros glúcidos (como el almidón). Estas biomoléculas, derivadas de la fotosíntesis, son la base de la nutrición de los heterótrofos.
Estructuras que participan en la fotosíntesis:
Los organismos fotosintéticos tienen nutrición autótrofa, ya que son capaces de sintetizar los nutrientes necesarios para sus procesos vitales. Para llevar a cabo este proceso, estos organismos requieren estructuras especializadas. ¿En qué organela ocurre la fotosíntesis? En el caso de algas y plantas, la organela celular en la que se realiza este proceso es el cloroplasto.
En el interior de los cloroplastos hay un pigmento fundamental para que la fotosíntesis se lleve a cabo, llamado clorofila. Otros pigmentos fotosintéticos importantes son los carotenoides: los carotenos (tonalidad rojiza anaranjada) y las xantófilas (tonalidad amarillo pardo).
Entrada de agua y dióxido de carbono a la planta:
¿Cómo ingresan el agua (H2O) y el dióxido de carbono (CO2) a la planta?
En el caso del agua, esta ingresa por las raíces y luego es transportada hacia las hojas por conductos formados por un tejido llamado xilema. El dióxido de carbono, que es un gas presente en la atmósfera, ingresa a través de las hojas por unos poros llamados estomas (del griego stoma, que significa boca). Los estomas están formados por unas células llamadas células oclusivas o guardianes y permiten el intercambio de vapor de agua y otros gases entre la planta y su medio.
Las células guardianes experimentan cambios en su forma y volumen determinando así la apertura o cierre de los estomas. Cuando la concentración de sales al interior de las células guardianes es mayor que fuera de estas, el agua ingresa a ellas por osmosis, provocando que se hinchen y se abra así el estoma. Esto permite que el CO2 presente en la atmósfera ingrese al interior de la hoja. Por el contrario, cuando la concentración de sales es mayor fuera de las células guardianes, el agua sale de estas y el estoma se cierra.
En condiciones normales, los estomas de la mayoría de las plantas están abiertos durante el día y cerrados durante la noche.
La salida de agua por los estomas se denomina transpiración. Es importante mantener hidratadas las plantas, ya que, cuando la cantidad de agua no es suficiente, los estomas se cierran, impidiendo la entrada de CO2. Si esta situación se mantiene en el tiempo, la planta puede morir.
ACTIVIDAD
1. Grafica el proceso de fotosíntesis indicando partes de la planta, componentes y productos implicados.
2. Si el agua entra y sale de las células guardianes por osmosis, ¿cómo debiera ser la concentración de sales al interior de estas, en A y en B?
3. En relación con lo anterior, ¿de qué crees que depende la apertura y el cierre de los estomas? Explica.
4. Si la planta está en un medio donde el agua escasea, ¿qué ocurrirá con los estomas?, ¿qué importancia tiene esto?
ORGANISMOS AUTÓTROFOS Y HETERÓTROFOS
Los organismos que realizan fotosíntesis pertenecen al grupo de los autótrofos, caracterizados por su capacidad de sintetizar las moléculas que los componen a partir de dióxido de carbono (CO2), la forma inorgánica del carbono más abundante en la atmósfera. La asimilación de CO2 requiere la incorporación de hidrógeno o la disminución del contenido relativo de oxígeno en una molécula, proceso que recibe el nombre de reducción. La reducción necesita no sólo de sustancias que provean hidrógeno o acepten oxígeno sino también del suministro de energía. Según cómo se satisfagan estos requerimientos, los autótrofos pueden dividirse en dos grupos: (a) los quimioautótrofos, que lo hacen por reacciones químicas entre moléculas inorgánicas sencillas, y (b) los fotoautótrofos o fotosintéticos, los que aquí nos ocupan, que lo hacen utilizando la energía de la luz solar. Entre los organismos fotosintéticos se cuentan las plantas superiores, que aportan aproximadamente la mitad de la materia orgánica producida en la biosfera. Los autótrofos son el eslabón primario en la cadena trófica o alimenticia: proveen de moléculas orgánicas esenciales al resto de los seres vivos, los que se denominan heterótrofos por nutrirse de compuestos sintetizados por otros organismos
CÓMO SE APROVISIONAN DE ENERGÍA Y DE MATERIA
El estudio de la forma en que los vegetales superiores satisfacen sus necesidades de materia y energía debe considerar las funciones que cumplen cada una de sus partes. Los requisitos mínimos para el desarrollo de un vegetal son una fuente de carbono, otra de nitrógeno, sales minerales y agua. El carbono es obtenido del CO2 atmosférico y reducido a compuestos orgánicos por la fotosíntesis que ocurre en los tejidos verdes (u hojas). En las plantas superiores, el nitrógeno, nutriente mayoritario cuya disponibilidad limita el crecimiento de numerosas especies, procede de dos fuentes: las sales minerales, sobre todo nitratos, presentes en el suelo y la asociación (o simbiosis) con microorganismos capaces de reducir el nitrógeno molecular (N2) de la atmósfera a amonio (NH4+), el que es captado a cambio de nutrientes que la planta cede a los microorganismos. Las sales minerales, que contienen iones y otros elementos necesarios para los distintos procesos metabólicos, son absorbidas del suelo por las raíces junto con el agua. Los compuestos que una planta obtiene del medio o que sintetiza se distribuyen en sus distintos tejidos por el sistema vascular, constituido por el xilema y el floema. El xilema lleva el agua y los minerales absorbidos por la raíz a las partes aéreas de las plantas. Una vez utilizados, junto con el CO2, y la luz, para la síntesis de los diferentes productos, son distribuidos por el floema a los demás tejidos, incluyendo la raíz, los que, por no poseer células fotosintéticas, requieren de formas orgánicas del carbono para satisfacer sus necesidades vitales. Para proveerse de nutrientes y de energía, las células dependen del medio que las rodea. A pesar de ello, y merced a una serie de mecanismos que ha desarrollado la evolución, mantienen su composición dentro de límites estrechos, aunque la del medio sufra grandes variaciones. Dado que las plantas superiores son incapaces de trasladarse en búsqueda de ambientes que sean favorables a su supervivencia, es indispensable que sus células puedan almacenar altas cantidades de nutrientes, para disponer de ellos cuando se vuelven escasos en el medio. El almacenamiento se produce primordialmente en las vacuolas y en los espacios extracelulares de los diferentes tejidos. Entre los compuestos esenciales que los vegetales almacenan se cuenta el agua.
CÓMO ASIMILAN EL CARBONO
Durante la asimilación fotosintética de dióxido de carbono, un número igual de moléculas de CO2 y de H2O reaccionan para generar idéntica cantidad de moléculas de O2 y, además, hidratos de carbono con tantos átomos de carbono como los inicialmente presentes en el CO2 y tantos de hidrógeno y oxígeno como los inicialmente presentes en el H2O. Por eso la reacción de la fotosíntesis puede ser descripta por la siguiente ecuación química: donde Cn(H2O)n representa a los hidratos de carbono.
La expresión (I) muestra que el proceso global de la fotosíntesis consiste en la reducción de carbono inorgánico con producción de carbohidratos sustancias compuestas por carbono, hidrógeno y oxígeno en la proporción Cn(H2O)n y liberación de oxígeno molecular (O2). La energía necesaria para llevar a cabo esta reacción es, en última instancia, aportada por la luz solar. En plantas superiores, esta reacción tiene lugar en las células fotosintéticas de las hojas, y conduce a la formación de dos tipos de hidratos de carbono, el almidón y la sacarosa. El primero es un polisacárido, es decir; un compuesto formado por la asociación de muchas moléculas de azúcares simples, que constituye el principal hidrato de carbono de reserva de la célula vegetal. La sacarosa (el azúcar de caña habitualmente utilizado en la alimentación humana) se transporta a través del floema a los tejidos no fotosintéticos de la planta, que la utilizan como nutriente.
La ecuación (I) sólo indica las etapas inicial y final de la fotosíntesis. Entre ambas ocurre una progresión ordenada de transformaciones químicas que, paso a paso, convierten el CO2 y el H2O en Cn(H2O)n y O2.
Las células fotosintéticas de plantas superiores se caracterizan por poseer una organela (compartimiento especializado del interior celular) denominada cloroplasto, separada del resto de la célula por una envoltura de dos membranas: la externa, relativamente permeable y la interna, que, por seleccionar muy eficazmente qué sustancias pueden atravesarla. En el interior del cloroplasto se pueden distinguir el estroma (matriz amorfa) y una membrana, la tilacoide, que se distribuye formando apilamientos denominados grana. La membrana tilacoide contiene la clorofila y otros pigmentos llamados pigmentos accesorios, entre los que se cuentan los carotenoides y las ficobilinas (la distinta proporción de los pigmentos es la responsable del variado color que tienen las hojas de diferentes vegetales), así como los demás componentes necesarios para la captación de la energía solar y su conversión en energía química. La fase luminosa de la fotosíntesis transcurre enteramente en el cloroplasto, mientras que la sintética, que está estrechamente vinculada con la anterior, incluye reacciones que ocurren tanto en el estroma del cloroplasto como en el citoplasma de la célula.
EL DESCUBRIMIENTO DE LA FOTOSÍNTESIS
por PATRICIO J. GARRAHAN
CIENCIA HOY
El conocimiento detallado de los mecanismos que dan lugar a la fotosíntesis data de hace sólo algunas décadas. Sin embargo, la existencia de este fenómeno se reconoció a fines del siglo XVIII, cuando se desarrollaban los conceptos básicos de la química moderna.
La producción de oxígeno durante la fotosíntesis fue descubierta por Joseph Priestley en 1780, al demostrar que, si una planta se colocaba en un recipiente de vidrio aislado del ambiente, el aire contenido en él ni extinguía la llama de una vela ni era inconveniente para un ratón que coloqué en su interior. En una de sus visitas a Londres, el holandés Jan Ingenghousz, médico de la corte de la emperatriz de Austria, se enteró de los estudios de Priestley. Esto lo alentó a realizar una serie de experimentos que demostraron que el efecto descubierto por Priestley no se debía a la vegetación de la planta sino a la influencia de la luz del sol sobre la planta; descubrió así el papel de la luz en la fotosíntesis. Casi simultáneamente, Jean Snebier, en Ginebra, comprobó que las plantas captan anhídrido carbónico. Otro ginebrino, Teodoro de Saussure, comprobó que la suma del peso de la materia orgánica producida y del oxígeno generado por una planta era mayor que el peso del anhídrido carbónico consumido.
Utilizando la ley de conservación de las masas, hacía poco formulada por Lavoisier, Saussure infirió que otra sustancia era consumida durante el proceso. Como los únicos aportes que recibían sus plantas eran la luz, el anhídrido carbónico y el agua, Saussure concluyó que la otra sustancia consumida debía ser el agua.
Casi medio siglo después, en 1842, el cirujano alemán Joseph Mayer, recordado por sus contribuciones a la formulación del principio de conservación de la energía, señaló: las plantas captan una forma de energía, la luz, y producen otra forma de energía, las diferencias en la composición química. Esta afirmación completa los aportes de Priestley, Ingenghousz, Snebier y Saussure, y da lugar a una descripción correcta de la reacción básica de la fotosíntesis.
Trabajemos con la información
Responde las siguientes preguntas.
1. ¿Cuáles son las principales adaptaciones de las plantas del desierto?, ¿qué ventajas representan?
2. Explica dos de las adaptaciones que poseen las plantas suculentas.
3. Si una persona utiliza plantas suculentas para un jardín, ¿qué beneficios conllevaría para el ambiente?
4. ¿Por qué las plantas suculentas son fundamentales para los ecosistemas del desierto?
5. ¿Qué investigaciones podrían realizar los científicos con este tipo de plantas? Explica.
Recordar: la ecuación química que resume el proceso de fotosíntesis, que es endergónico (utiliza energía), es:
Explica si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas. Justifica las falsas.
1. Los estomas son los lugares de las hojas en los que ocurre la fotosíntesis.
2. El oxígeno (O2) se forma a partir de la molécula de dióxido de carbono (CO2).
3. La membrana tilacoidal se encuentra ubicada al interior del cloroplasto.
4. La fotosíntesis es un proceso de tipo exergónico.
5. La transpiración consiste en la pérdida de agua por la planta, a través de sus estomas.
La transferencia de materia y energía entre los seres vivos ocurre, principalmente, a través de las relaciones alimentarias que se establecen entre ellos, lo que determina que la mayoría estén constituidos por las mismas moléculas, biomoléculas como el agua, las sales minerales, los glúcidos, los lípidos y las proteínas se transfieren entre los organismos a través de la alimentación, lo que conlleva también una transferencia de energía. Esto se debe a que algunas de estas biomoléculas son utilizadas como fuente de energía.
Es importante señalar que el estudio de las relaciones alimentarias permite comprender el funcionamiento de un ecosistema. Según la forma en que los seres vivos obtienen la materia y energía que requieren para satisfacer sus necesidades vitales, se clasifican en: productores, consumidores y descomponedores.
Productores: Son organismos autótrofos, es decir, que son capaces de sintetizar sus nutrientes a partir de sustancias simples e inorgánicas, utilizando energía. Ejemplos de productores son los organismos fotosintéticos, como las plantas y las algas, que usan energía lumínica para sintetizar nutrientes; y organismos quimiosintéticos, como algunas bacterias que utilizan energía química.
Consumidores: Son organismos heterótrofos, es decir, que se alimentan de otros seres vivos, o de partes de ellos, para obtener la materia y energía que necesitan. Según el tipo de ser vivo del que se alimentan, preferentemente, los consumidores pueden ser: primario o de niveles superiores (secundario, terciario, cuaternario, etc.).
Descomponedores: Son seres vivos heterótrofos que obtienen su materia y energía mediante la degradación de la materia orgánica de organismos productores o consumidores muertos. En general, los descomponedores corresponden a gran parte de las bacterias y de los protistas, junto con los organismos del reino fungi.
LA NUTRICIÓN EN EL HOMBRE
Los sistemas interactúan para cumplir funciones comunes, pero sin perder sus funciones específicas.
En el siguiente esquema podes distinguir los diferentes sistemas que conforman el cuerpo humano y sus funciones más destacadas:
ACTIVIDAD
Vinculá, mediante flechas, los elementos de las columnas. Considerá la posibilidad de que queden elementos vinculados por una, más de una o ninguna flecha.
Escribí en los espacios previstos el nombre del sistema de órganos al que pertenece cada órgano mencionado.
Nota: Muchos de los órganos que se mencionan te serán, probablemente, familiares. Los que no, búscalos en un libro de anatomía, biología o enciclopedia para vincularlos con el sistema correspondiente:
SISTEMAS
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FUNCIONES
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RESPIRATORIO
| |
INTERCAMBIO GASEOSO PULMONAR
| |
DIGESTIVO
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PROTECCIÓN CONTRA AGENTES EXTRAÑOS
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EXCRECIÓN
| |
CIRCULATORIO
|
COORDINACIÓN
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PRODUCCIÓN DE GAMETAS
| |
INMUNOLÓGICO
|
MOVIMIENTO CORPORAL
|
FORMACIÓN DE MATERIA FECAL
| |
REPRODUCTOR
|
SOSTEN CORPORAL
|
FORMACIÓN DE ORINA
| |
OSTEOARTROMUSCULAR
|
ABSORCIÓN DE NUTRIENTES
|
TRANSPORTE DE SUSTANCIAS
| |
URINARIO
|
Escribí en los espacios previstos el nombre del sistema de órganos al que pertenece cada órgano mencionado.
Nota: Muchos de los órganos que se mencionan te serán, probablemente, familiares. Los que no, búscalos en un libro de anatomía, biología o enciclopedia para vincularlos con el sistema correspondiente:
ÓRGANOS
|
SISTEMAS DE ÓRGANOS
|
ARTERIA
| |
OVARIO
| |
URETER
| |
ALVEOLO
| |
ENCÉFALO
| |
CORAZÓN
| |
ÚTERO
| |
INTESTINO GRUESO
| |
BRONQUIOS
| |
ESÓFAGO
| |
TIROIDES
| |
BICEPS
| |
TESTÍCULOS
| |
FÉMUR
| |
PRÓSTATA
| |
RIÑÓN
| |
VEGIGA URINARIA
|
Completá las siguientes frases:
1) La nutrición es una función que involucra a los sistemas………………..........…………………
2) El sistema circulatorio vincula a los sistemas ………………………………………..………......
3) La célula elimina sus desechos metabólicos hacia la …………………………………, la cual forma parte del sistema .......……………………………………………… Este sistema transporta esos desechos hacia el sistema................………………………………. en el que se producirá el intercambio de gases y, hacia el sistema ......……………………………………, en el que se combinan con agua y otras sustancias para conformar la orina.
4) Los nutrientes que llegan a la célula, lo hacen a través del sistema ……………………………,el cuál los “recibe” del sistema ………………………………………… Este sistema digiere los alimentos, separando los desechos, los que serán eliminados en forma de……………………….
LA NUTRICIÓN es una función que integra sistemas
Actividad 1
En el siguiente esquema podes observar el proceso de nutrición, incluyendo los sistemas intervinientes, las sustancias que son transportadas entre ellos y las que el organismo intercambia con el medio exterior. Sin “perder de vista” el esquema, responde a las preguntas que lo continúan:
1. ¿Cuáles son los sistemas de órganos que intervienen en el proceso de la nutrición?
2. ¿Qué sustancias del medio exterior se incorporan al organismo? ¿A través de qué sistemas ingresan en él?
3. ¿Qué Sustancias elimina al organismo al medio exterior? ¿A través de qué sistemas lo hace?
4. ¿Por qué el organismo debe eliminar sustancias?
5. ¿Serán diferentes la composición del aire inspirado y la del aire espirado? ¿Por qué?
6. ¿Cuál de los sistemas intervinientes en la nutrición está en relación directa con los demás? ¿Qué pasaría con el funcionamiento del cuerpo si ese sistema se aísla del resto?
7. ¿Qué sustancia transporta el sistema circulatorio hacia y desde las células?
8. ¿Cuáles son los gases que transporta la sangre desde y hacia el sistema respiratorio, a través de la circulación?
LA FUNCIÓN DIGESTIVA EN EL SISTEMA DIGESTIVO
El proceso digestivo, como cualquier otra función vital, proporciona los medios de supervivencia para todo el organismo, pero también requiere la colaboración de otros sistemas. La principal contribución del sistema digestivo a la homeostasia general (mantenimiento de constantes en el medio interno, por ejemplo, la temperatura corporal) es la capacidad para mantener constante la concentración de nutrientes en el ambiente interno. Esto lo realiza rompiendo los grandes y complejos nutrientes en nutrientes más simples y pequeños que pueden absorberse más fácilmente.
Para llevar a cabo sus funciones, el sistema digestivo requiere la contribución funcional de otros sistemas del organismo. La regulación de la motilidad y secreción digestiva requiere la participación activa del sistema nervioso y del endocrino. El oxígeno necesario para la actividad digestiva requiere el correcto funcionamiento de los sistemas respiratorio y circulatorio. El armazón del organismo (sistemas tegumentario y esquelético) es necesario para soportar y proteger los órganos digestivos. Los músculos esqueléticos deben funcionar si se desea que la ingestión, la masticación, la deglución y la defecación trabajen con normalidad.
Como puedes ver, el sistema digestivo no puede trabajar solo, como tampoco otros órganos o sistemas. El organismo constituye un auténtico sistema integrado, y no una colección de componentes independientes.
Actividad 2
A) Coloca el nombre correspondiente a cada una de las partes señaladas en el siguiente esquema:
B) Encerrá con un círculo azul el nombre de los órganos que conforman el “tubo digestivo” y con rojo los que son considerados “glándulas anexas”.
C) Citá las funciones más importantes de cada uno de los órganos señalados en el esquema.
Actividad 3
A) Ubicá las siguientes palabras en las columnas que corresponda.
Peristaltismo – Masticación – Saliva – Quimo – Bolo – Enzimas –Jugo gástrico – Absorción intestinal – Segmentación – Agitación – Deglución.
Digestión mecánica
|
Digestión química
|
B) Leé, atentamente, las siguientes oraciones y colocá una C en las que consideres correctas y una I en las incorrectas. Corregí a las que oraciones que señalaste como incorrectas.
a) (……)La absorción gástrica ocurre en los intestinos.
b) (……)Las vellosidades intestinales disminuyen la superficie de absorción del intestino grueso.
c) (……)Todos los desechos metabólicos celulares son eliminados del cuerpo en la materia fecal.
d) (……)La digestión mecánica no guarda relación alguna con los músculos del estómago.
e) (……)La bilis es producida en la vesícula biliar.
f) (……)En el esófago se absorben las proteínas.
g) (……)En la boca no ocurre digestión química...
h) (……)Los lípidos son digeridos químicamente en el intestino delgado...
i) (……)La única función de la boca es la de la masticación...
j) (……)En el esófago no existe la digestión química...
k) (……)El jugo gástrico es una de las secreciones del intestino delgado...
l) (……)El jugo gástrico tiene acción bactericida, contribuyendo así, a las defensas corporales...
m) (……)El quimo se forma en el estómago...
n) (……)No hay relación alguna, entre el funcionamiento del sistema digestivo y el circulatorio...
LA ABSORCIÓN Y TRANSPORTE DE LOS NUTRIENTES
La absorción que se produce en el intestino consiste en el pasaje de las sustancias nutritivas a la sangre, a través del epitelio intestinal y los capilares sanguíneos. En este proceso es muy importante la intervención de las membranas de las células que constituyen los tejidos.
Cómo ya estudiamos, algunas sustancias, como el agua. Pueden atravesar las membranas simplemente por difusión (transportes pasivos); otras, en cambio, necesitan ser transportadas por proteínas especiales, cuya actividad requiere de un aporte extra de energía (transportes activos). La glucosa, los aminoácidos y algunos componentes de las sales minerales, como el sodio, el potasio, el calcio y el hierro, son transportados de esta segunda manera.
Los nutrientes son transportados en el plasma, el componente líquido de la sangre.
Finalmente, todos los productos de la digestión llegan a las células de los diferentes tejidos corporales. El pasaje se produce, nuevamente, a través de las membranas celulares.
Una vez dentro de cada célula, los nutrientes serán utilizados -según su tipo- como fuente de energía, para construir las estructuras celulares que deben ser reemplazadas o para regular procesos metabólicos. Algunos de ellos serán transformados en sustancias de reserva
.
Actividad 4
A) Relacioná los órganos de la columna de la izquierda con las palabras de la columna de la derecha, usando flechas. Considerá la posibilidad de que pueden unirse con una flecha, con más de una o con ninguna:
♦ Recto ♦ Digestión mecánica
♦ Esófago ♦ Jugo intestinal
♦ Boca ♦ Formación del quimo
♦ Glándulas salivales ♦ Vellosidades intestinales
♦ Estómago ♦ Deglución
♦ Intestino delgado ♦ Bolo alimenticio
♦ Faringe ♦ Enzima ptialina
♦ Intestino grueso ♦ Jugo gástrico
♦ Ano ♦ Enzima lipasa
♦ Hígado ♦ Peristaltismo
♦ Páncreas ♦ Movimientos de agitación
♦ Diafragma ♦ Absorción de proteínas
LA RESPIRACIÓN
El término respiración se utiliza para nombrar dos procesos que, aunque están muy asociados, son totalmente diferentes.
Uno de ellos es la Respiración Celular, que consiste en el conjunto de reacciones químicas que permiten obtener energía de los alimentos mediante la utilización del oxígeno como agente oxidante (se la conoce también como oxidación o combustión biológica).
El otro es la Respiración Mecánica o Ventilación, que incluye los procesos por los cuales se incorpora el oxígeno al cuerpo en el aire inhalado y se elimina el dióxido de carbono en el aire exhalado.
Actividad 1I D
A) Colocale el nombre correspondiente a las estructuras respiratorias señaladas en el siguiente esquema
B) ¿Cuál es la función de los siguientes órganos y estructuras?
1. Fosas nasales:
2. Faringe:
3. Laringe:
4. Tráquea:
5. Bronquios:
6. Pulmones:
7. Alvéolos:
C) Completá las siguientes frases:
1. El pulmón izquierdo sólo posee dos lóbulos porque ....................................................................
2. El tracto respiratorio superior está formado por ...........................................................................
3. Los finísimos vasos sanguíneos que rodean a cada alvéolo se llaman......................................
4. Las ramificaciones de la tráquea se denominan ..........................................................................
5. Los sistemas digestivo y respiratorio poseen en común la ........................................................
INTERCAMBIOS GASEOSOS EN LA RESPIRACIÓN - INTERCAMBIO GASEOSO EN LOS PULMONES:
Cuando el aire inhalado llega a los alvéolos pulmonares, se realiza el intercambio gaseoso entre ellos y los capilares sanguíneos que los rodean. Los gases que intervienen en el proceso respiratorio son el oxígeno (O2) y el dióxido de carbono (CO2).
El pasaje de estos gases a través de las paredes de los alvéolos pulmonares se realiza por el proceso de difusión: el oxígeno pasa de los alvéolos a la sangre, que lo llevará a las células; mientras que el dióxido de carbono pasa de la sangre a los alvéolos, desde donde será exhalado.
Y...¿Por qué se producen estos intercambios de gases?
Porque se trata de diferencias de presiones, es decir, el oxígeno pasa de los alvéolos pulmonares a la sangre, donde su concentración es alta, hacia los capilares sanguíneos, donde su concentración es menor (porque la sangre distribuye en las células el oxígeno contenido en ella); el dióxido de carbono pasa de la sangre, donde está más concentrado (porque la sangre lleva el CO2 producido en la respiración celular hasta los capilares), a los alvéolos pulmonares, dónde su concentración es menor.
Actividad 2D
A) Comparando el aire inspirado con el aire espirado:
1- ¿Cuál es más rico en O2?
2- ¿Cuál en CO2?
B) ¿En qué estructura interna del pulmón se produce la pérdida de O2 y ganancia de CO2?
EL MECANISMO DE LA RESPIRACIÓN O MECÁNICA RESPIRATORIA
Se llama mecánica respiratoria al conjunto de fenómenos que aseguran la entrada y salida de aire de los pulmones. Los movimientos respiratorios pueden alterarse voluntariamente, pero ocurren rítmicamente aunque no haya participación de la voluntad.
Actividad 3
A) Resolvé:
1. ¿Qué papel juega el músculo diafragmático en la mecánica respiratoria?
2. ¿Qué otros músculos torácicos intervienen en este fenómeno?
3. ¿Los movimientos respiratorios son siempre involuntarios? Justificá.
LA EXCRECIÓN
La función de excreción permite regular el contenido de agua y de otros productos del metabolismo, así como eliminar algunos compuestos resultantes de la degradación de los nutrientes, que son tóxicos aunque no se encuentren en cantidades excesivas.
El sistema urinario y, en menor medida, las glándulas sudoríparas, son las principales vías de excreción del organismo. La sudoración cumple fundamentalmente un papel en la regulación de la temperatura corporal.
Te propongo que estudiemos la excreción corporal, tomando como referencia la anatomía y fisiología del sistema urinario. ¿Empezamos?
¿Te acordás del esquema integrador de la funcionalidad de los sistemas de órganos, que te presenté cuando vimos “Nutrición”?, te lo vuelvo a mostrar para que te ubiques en la función y en el sistema de órganos que vamos a estudiar (aparece encerrada en un círculo):
LA FUNCIÓN EXCRETORA EN EL SISTEMA URINARIO:
Actividad 1
A) Completá el cuadro, identificando los órganos en el esquema1 del sistema urinario humano e indicá brevemente la función de cada uno:
B)Determiná la veracidad o falsedad de las siguientes frases. Encerrá con un círculo el V o el F, según corresponda en cada caso. Reescribí, correctamente, las que reúnan la condición de falsa:
1. La composición de la orina guarda relación con el tipo de alimentación. V - F
2. Por el sistema urinario se excreta, exclusivamente, agua. V - F
3. El sistema urinario y el sistema reproductor femeninos, están vinculados en su función. V - F
4. La detección de determinados pigmentos, sales o azúcares, en orina, puede delatar el mal funcionamiento de algún órgano. V - F
5. No existe vinculación alguna entre el sistema urinario y el sistema circulatorio. V - F
6. La orina está compuesta por iguales proporciones de sólidos y agua. V - F
7. El sistema urinario y el sistema reproductor masculinos, están vinculados en su función. V - F
8. La contracción del esfínter uretral permite la micción, o salida de la orina, desde la vejiga urinaria. V - F
9. La orina es el resultado del filtrado de las impurezas de la sangre, que pasa por los riñones.V - F
10. Los riñones no participan en el equilibrio hídrico corporal. V - F
11. Las glándulas sudoríparas contribuyen a la excreción de agua y sales, contribuyendo a la regulación de la temperatura corporal. V - F
C) Nombrá, los órganos del sistema urinario que debe atravesar la orina, desde su formación hasta su salida al exterior del cuerpo.
Actividad 2
A) Completá las partes señaladas:
B) El siguiente esquema representa un nefrón. Colocale el nombre que corresponda a las partes señaladas:
C) Describe el proceso que se lleva a cabo desde la formación de la orina hasta su eliminación.
D) Nombrá, ordenadamente, las estructuras del nefrón que atraviesa la orina desde su conformación, hasta que llega a la papila de la pirámide.
E) Leé el siguiente texto y luego, resolvé los ítems que lo continúan:
“La gota es una enfermedad que se caracteriza por la excesiva acumulación de ácido úrico en la orina. Normalmente, el organismo produce ácido úrico a partir del metabolismo de compuestos nitrogenados presentes en la dieta (sobre todo en las carnes) o de las existentes en el propio organismo.
Los niveles de ácido úrico en sangre pueden elevarse por una mayor ingesta de estos compuestos nitrogenados, por un aumento de la producción por el organismo, o por una incorrecta eliminación en la orina. Dado que el ácido úrico es poco soluble, tiende a precipitar y a acumularse en determinadas zonas del organismo, por ejemplo en las articulaciones u otros tejidos del organismo.
El depósito en los riñones da lugar a la formación de cálculos renales.”
1. ¿Cuál es la relación entre alimentación y sistema urinario que menciona el texto?
2. De acuerdo a esta relación ¿en qué se modifica la composición de la orina?
3. ¿Qué relación se establece entre la calidad de la dieta y la salud del sistema articular?
Actividad 3
A) Relacioná uniendo con flechas los componentes de la columna de la izquierda con los de la derecha. Considerá que pueden unirse con una flecha, con más de una o con ninguna:
♦ Hematosis ♦ Comunicación riñón-vejiga
♦ Capilares y células ♦ Filtrado glomerular
♦ Uréter ♦ Laringe
♦ Uretra ♦ Intercambio gaseoso alveolar
♦ Corpúsculo renal ♦ Reabsorción tubular
♦ Ramificación de la tráquea ♦ Faringe
♦ Túbulos del nefrón ♦ Intercambio gaseoso celular
♦ Cuerdas vocales ♦ Inspiración pulmonar
♦ Descenso del diafragma ♦ Nefrón
♦ Capilares peritubulares ♦ Espiración pulmonar
♦ Equilibrio hídrico corporal ♦ Bronquios
B) Colocá entre los paréntesis correctos (C) o incorrecto (I). Justificá las oraciones incorrectas:
1.(.........)El músculo diafragmático es el único que interviene en la mecánica respiratoria.
2.(.........)La difusión de gases a nivel de los alvéolos pulmonares permite incrementar la concentración de CO2 en sangre y de O2 en los alvéolos.
3.(.........)La laringe es un órgano común de los sistemas digestivo y respiratorio.
4.(.........)La función excretora se da, exclusivamente, en el sistema urinario.
5.(.........)La vejiga urinaria y la uretra permiten vincular los sistemas urinario y reproductor masculinos.
6.(.........)La eliminación de cantidades excesivas de glucosa en orina, puede delatar enfermedades metabólicas como la gota.
8.(.........)El nefrón es la unidad funcional de los pulmones.
9.(.........)Los pulmones no tienen función excretora.
10.(.........)El sistema circulatorio vincula los sistemas urinario y respiratorio humanos.
LA CIRCULACIÓN
El sistema circulatorio o cardiovascular transporta todas las sustancias que deben llegar a las células y salir de ellas. Sus principales funciones son:
Transportar el oxígeno y el dióxido de carbono implicados en el proceso de respiración celular.
Distribuir los nutrientes y las sustancias que se sintetizan en ciertos tejidos y deben llegar a otros.
Transportar células y proteínas que participan en los mecanismos de defensa del organismo.
Retirar los desechos generados por el metabolismo celular.
Distribuir calor por todo el cuerpo, ayudando a mantener constante su temperatura.
Retomando el esquema integrador de la funcionalidad de los sistemas de órganos, encerramos con un círculo el sistema de órganos que vamos a estudiar:
Considerando este esquema, resolvé la siguiente actividad:
Actividad 1
A) ¿Cuáles son los sistemas de órganos con los que se relaciona el circulatorio?
B) ¿Qué elimina el sistema circulatorio, a través del sistema excretor?
C) ¿Qué transporta desde y hacia las células?
D) ¿Cuáles son los gases que lleva y trae hacia y desde el sistema respiratorio?
LOS VASOS SANGUÍNEOS
La sangre sale del corazón por medio de vasos sanguíneos, las arterias, que se ramifican en otros más finos, llamados arteriolas. Estas, a su vez, se ramifican sucesivamente en vasos microscópicos, los capilares, que llegan a todas las células del cuerpo. A través de las paredes de los capilares, sumamente delgadas- tienen el espesor de una sola capa de células-, se realiza el intercambio de sustancias entre la sangre y las diferentes partes del organismo.
Luego, los capilares se reúnen en vasos sanguíneos de mayor grosor, denominados vénulas. También éstas se reúnen y constituyen vasos aún más gruesos, las venas, por las que la sangre vuelve al corazón.
El trayecto de la sangre se podría resumir de la siguiente manera:
Actividad 2
A) Completá el siguiente cuadro comparativo:
CARACTERÍSTICA
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ARTERIAS
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VENAS
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Sentido general del flujo sanguíneo
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Grado de elasticidad (alto/bajo)
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Abundancia de fibras musculares (Mayor/menor)
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Grado de contractilidad (alto/bajo)
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¿Con o sin válvulas?
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B) Para deducir: ¿Sobre qué tipo de vaso sanguíneo tomarías el pulso? ¿Por qué?
C) Determiná si las siguientes frases son correctas o incorrectas. Colocá C o I, según corresponda. Reescribí correctamente las que reúnan condición de incorrectas:
1. (........)Las válvulas arteriales impiden el retorno de la sangre al cuerpo.
2. (........)Todas las arterias transportan sangre oxigenada.
3. (........)Todas las venas transportan sangre carboxigenada.
4. (........)El sistema circulatorio humano es completo porque las sangre carboxigenada y oxigenada no se mezclan.
5. (........)Todas las venas tienen válvulas en su interior.
6. (........)El sistema circulatorio es cerrado porque la sangre circula en el interior de vasos sanguíneos.
D) Leé, atentamente, el siguiente texto y analízalo resolviendo los ítems que lo continúan:
Si una vena sufre una dilatación permanente se denomina vena varicosa.
Esta alteración se debe a que las válvulas venosas dejan de funcionar de forma adecuada, o a que el volumen de sangre que contiene la vena aumenta; por lo general, ambas situaciones concurren y están interrelacionadas. En teoría cualquier vena puede desarrollar varices, aunque es más probable que aparezcan más en unas que en otras.
Las varices más frecuentes son las venas superficiales de las piernas, que se hacen más prominentes y visibles.
Además de adquirir un color azulado, pueden dar lugar a un edema de tobillo y a ulceraciones de la piel. Es frecuente la trombosis venosa (coágulos de sangre), hipersensible y dolorosa, que puede producir el desprendimiento de trombos, causa de obstrucciones en cualquier localización, en especial en las arteriolas pulmonares. Las venas varicosas superficiales simples de la pierna se tratan aplicando presión con una media elástica a lo largo de su trayecto, esclerosándolas con una solución química, o extirpándolas.
En este último caso es necesario que las venas profundas de las piernas funcionen bien, ya que la sangre que transporta la vena superficial se suele derivar hacia ellas. El tratamiento de la trombosis venosa profunda es complejo, y a veces requiere cirugía.
1. ¿Por qué la proporción de venas varicosas será mayor en los miembros inferiores, que en los superiores?
2. ¿Por qué será poco probable que se produzca una várice en una arteria?
3. ¿Por qué se hinchan (hacen edema) los tobillos y piernas, ante un cuadro severo de várices en los miembros inferiores?
4. ¿Cómo crees que se podría evitar, o minimizar, la posibilidad de aparición de esta enfermedad?
LOS CAPILARES
Son los vasos más finos del sistema circulatorio. Su diámetro es de alrededor de 20 veces más delgado que un pelo.
En su constitución interviene un solo capa de células aplanadas, lo que promueve el eficaz intercambio de sustancias entre el plasma sanguíneo y las células.
CIRCUITOS O SISTEMAS DE CIRCULACIÓN SANGUÍNEA
Actividad 3
A) Resolvé los siguientes interrogantes:
1. ¿Por qué la sangre que llega al corazón después de recorrer todo el cuerpo contiene poco oxígeno y gran cantidad de desechos?
2. ¿Por qué la sangre que llega desde los pulmones al corazón contiene más oxígeno y menor cantidad de desechos?
3. ¿Qué desechos se eliminan a través de los pulmones?
4. ¿Qué diferencia existe entre los intercambios gaseosos alveolar y tisular o celular?
B) La siguiente imagen representa, en forma muy simplificada, los circuitos mencionados:
1. Coloreá con azul las cavidades del corazón y vasos por donde circula la sangre carboxigenada.
C)Completá el siguiente cuadro comparativo, entre los circuitos menor y mayor
EL CORAZÓN, “ESE GRAN BOMBEADOR”
Actividad 4
La siguiente figura muestra el corazón en un corte sagital que permite observar las partes internas.
A) Completá las referencias señaladas en la siguiente figura:
B) La siguiente imagen muestra el corazón y los grandes vasos en una vista anterior.
Completá las referencias señaladas:
FISIOLOGÍA DEL CORAZÓN
Los movimientos involuntarios del músculo cardíaco impulsan la sangre y se conocen con el nombre de latidos cardíacos. Cada latido bombea unos 70 mililitros de sangre y dura menos de un segundo (esto significa que por minuto bombea unos 5 litros de sangre).
Si se escuchan atentamente los latidos cardíacos, se pueden escuchar dos golpes sucesivos, el primer sonido corresponde al cierre de las válvulas ubicadas entre las aurículas y los ventrículos (aurículoventriculares); el segundo, al cierre de las válvulas que comunican los ventrículos con las arterias (sigmoideas o semilunares).
Para comprender mejor, el funcionamiento del corazón es que se divide el bombeo cardíaco en etapas, cada una de ellas con características bien definidas (también se conoce a este proceso como ciclo cardíaco).
Completá las siguientes frases:
1. Las válvulas que deben abrirse cuando se inicia la diástole ventricular son:............................
2. Las válvulas que deben cerrarse cuando se inicia la diástole ventricular son:..........................
3. Cuando culmina la sístole ventricular, deben cerrarse las válvulas:............................................
4. Cuando culmina la diástole ventricular, deben cerrarse las válvulas:...........................................
5. El circuito mayor o circulación mayor se inicia en el ventrículo:...................................................
6. La circulación menor culmina en la aurícula:...................................................................................
FUENTE UTILIZADA: IES GINÉS PÉREZ CHIRINOS; CARAVACA DE LA CRUZ DEPARTAMENTO DE BIOLOGÍA Y GEOLOGÍACURSO 07/08; CUADERNO ACTIVIDADES Y PRÁCTICAS DE LABORATORIO; BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA 3º ESO
