Embed Size (px)
Citation preview
Una cé lu la cuen ta, por sí mis ma, con to da la ma qui na ria ne ce sa ria pa ra po der so bre vi vir. Mientras el núcleo contiene el material genético con las «instrucciones» para el funcionamiento de la célula, el ci to plas ma en cie rra sus tan ciasy es truc tu ras ca pa ces de de sem pe ñar to das las fun cio nes vi ta les: nu trir se, res pi rar, sin te ti zar pro teí nas, de pu rar se eli mi nan do de se chos, et c. El con jun to de los pro ce sos que tie nen lu gar den tro de la cé lu la cons ti tu ye el me ta bo lis mo.
Levaduras vistas con el MO (1 000 x).Investigador efectuando estudios del metabolismo por medio de una micropipeta automática y de una centrífuga refrigerada.
72
Metabolismo celular
4Unidad
• Reconocer la acción enzimática en los procesos metabólicos a partir de la descripción del modelo de acción, la experimentación para determinar las condiciones optimas requeridas para la acción enzimática e interpretación de los datos que permitan reconocer la acción de control que cumplen las enzimas en los organismos.
• Explicar los procesos metabólicos en los seres vivos sobre la base de la comparación de procesos anabólicos y catabólicos, la experimentación e interpretación de estos procesos como evidencia del flujo de materia y energía que permiten el equilibrio en el mantenimiento de la vida.
• Explicar el flujo de materia y energía en el nivel productor, a partir de la descripción del proceso de la fotosíntesis, su importancia para los seres vivos, desde el análisis de datos, interpretación de diagramas que permitan determinar los factores y reacciones químicas que intervienen en la transformación de energía lumínica a química, la producción de alimento y el reciclaje de carbono y oxígeno.
• Analizar el flujo de materia y energía en el nivel consumidor, a partir de la descripción del proceso de la respiración celular, con experimentación e interpretación de datos que permitan comprender la obtención de energía a nivel celular y flujo de materia y energía entre los niveles productores y consumidores.
Destrezas con criterio de desempeño:
¿Por qué no sería posible la vida si no hubiera reacciones químicas en las células que constituyen los seres vivos?
¿Qué diferencia hay entre el anabolismo y el catabolismo?
¿Qué son las enzimas y cuál es su función en el metabolismo?
Conocimientos previos
2.2Unidad
BECU_B2_U4_P72_97.indd 72 7/9/14 12:24 PM
79
¿Cuáles son las principales diferencias y similitudes entre los procesos metabólicos aeróbicos y anaeróbicos? Explica.
Trabajo individual
1. Indica en qué compartimentos celulares se realiza cada una de las fases de la degradación aeróbica de la glucosa.
2. Explica qué moléculas o qué iones atraviesan la membrana mitocondrial durante este proceso.
3. Responde: ¿De dónde proceden las dos moléculas de CO
2
desprendidas en el ciclo de Krebs?
4. Argumenta por qué el ciclo de Krebs se considera una vía catabólica aeróbica si no se necesita oxígeno para realizarse.
Tarea
Importancia de la respiración celularLa res pi ra ción ce lu lar per mi te a los se res vi vos ob te ner ener gía a par tir de los
elec tro nes que cons ti tu yen los en la ces quí mi cos de las mo lé cu las. Tan to en las cé lu las ani ma les co mo ve ge ta les, es ta ener gía es con ver ti da en mo lé cu las al ta men te ener gé ti-cas de ATP. La trans for ma ción de la ener gía en ATP, por lo ge ne ral, re quie re oxí ge no y ocu rre en gran par te de los or ga nis mos pro ca rio tas y eu ca rio tas. Pa ra es tos se res vi vos, la res pi ra ción ae ró bi ca es el mo do de ob te ner ener gía a par tir de mo lé cu las de glu co sa. Otros com pues tos son tam bién fuen te de ener gía. Por ejem plo, mu chas es pe cies ani ma-les, in clu si ve el ser hu ma no, ob tie nen gran par te de su ener gía a par tir de la oxi da ción de áci dos gra sos; de la mis ma ma ne ra pue den ser tam bién uti li za dos los ami noá ci dos. En es tos ca sos, la oxi da ción de la glu co sa no es la fuen te pri ma ria de ener gía.
Exis ten otros or ga nis mos que ob tie nen su ener gía a par tir de reac cio nes quí mi cas que no re quie ren oxí ge no, co mo la res pi ra ción anae ró bi ca y la fer men ta ción.
La siguiente tabla presenta un resumen de la respiración celular aeróbica.
La fermentación ocurre en organismos como los hongos, las bacterias y en algunos casos en los animales, especialmente en sus células musculares. Se caracteriza por ser una vía anaeróbica en la que no se presenta un gradiente de electrones para obtener la energía. Las moléculas de ATP se producen por medio de la fosforilación del sustrato durante la glucólisis. En este proceso se forman dos moléculas de ATP por cada una de glucosa. En la fermentación las moléculas de NADH traspasan los hidrógenos a moléculas orgánicas; de esta manera se regenera el NAD
+ que mantiene activa la glucólisis.
Fermentación y respiración anaeróbica: ejemplos de catabolismo
Re su men de los pro ce sos del ca ta bo lis mo de la glu co sa.
Pasos de la respiración
Reactivos iniciales
Principales productos
Resumen del proceso
Glucólisis Glucosa, ADP, fósforo norgánico (Pi), NAD+ y ATP
Piruvato, NAHD, ATP
A partir de glucosa se forma el piruvato en presencia o ausencia de O
2. Se libera H
2 y se obtienen dos
moléculas de ATP.
Formación de acetil Co A
Piruvato, coenzima A
Acetil Co A, NADH, CO
2
El piruvato se desdobla y se combina con el acetil CoA. Ocurre liberación de H
2 y CO
2.
Ciclo de Krebs Acetil Co A, H2O CO
2, NADH,
FADH2, ATP
Mediante una secuencia de reacciones del grupo acetilo del acetil CoA, se produce CO
2 y se libera H
2.
Sistema de transporte de electrones
NADH, O2,
FADH2
ATP, H2O A través de varias moléculas aceptoras
de H2 ocurre el transporte de
electrones. A lo largo del gradiente se libera energía para la síntesis de ATP.
La res pi ra ción anae ró bi ca ca rac te ri za al gu nos ti pos de bac te rias, que ha bi tan si tios con ba jas con cen tra cio nes de oxí ge no, co mo sue los ar ci llo sos y aguas es tan ca das. Al igual que la res pi ra ción ae ró bi ca, en los pro ce sos de res pi ra ción anae ró bi ca se oxi da la glu co sa, que trans fie re elec tro nes al NADH, pa ra ob te ner ener gía a par tir de la in te rac ción en tre el gra dien te de trans por te de elec tro nes y la sín te sis de ATP.
En la res pi ra ción anae ró bi ca, el acep tor fi nal de elec tro nes no es el oxí ge no (co mo ocu-rre en la res pi ra ción ae ró bi ca); otros com pues tos inor gá ni cos, co mo el ni tra to y el sul fa to, son los que de sem pe ñan esa fun ción. Los prin ci pa les pro duc tos del pro ce so de res pi ra ción anae ró bi ca son el CO2, una o va rias sus tan cias inor gá ni cas re du ci das y el ATP.
Visita la página web del Departamento de Biología y Geología goo.gl/RTpf2 para ver animaciones de la respiración celular.
TIC
BECU_B2_U4_P72_97.indd 79 7/9/14 12:24 PM
¿Qué hace que en nuestro cuerpo todas las células funcionen en armonía y equilibrio, o que, ante distintos factores (ya sean ambientales, estrés, infecciones, etc.) sepan cómo responder para seguir funcionando como el más perfecto de los engranajes?
Actúan mecanismos de autorregulación que permiten mantener ese medio interno en equilibrio de forma constante, ante las distintas variaciones del medio externo. El término homeostasis (del griego homós, ‘igual’; y stásis, ‘detención, estabilidad’) fue desarrollado por el fisiólogo francés Claude Bernard (1813-1878), y se refiere a la capacidad del organis-mo para mantener constante el medio interno frente a las grandes fluctuaciones externas, por mecanismos de regulación y ajuste. La homeostasis se logra gracias al funcionamiento coordinado de todos los tejidos y órganos de los sistemas corporales. En los mamíferos, este papel regulador e integrador es desempeñado por el sistema nervioso.
El es ta do de cons tan cia o de equi li brio del me dio in ter no, aun fren te a las va ria-cio nes del me dio ex ter no, se de no mi na ho meos ta sis; y cuando se altera el funcio-namiento del organismo, es afectado.
Para mantener el equilibrio interno, los seres vivos deben regular su temperatura y su medio químico, a través del balance hídrico; además de tener la capacidad de hacer frente a agentes patógenos por medio del sistema inmune, como vimos anteriormente.
En la Tierra, la temperatura es muy variable. Sin embargo, la mayoría de los seres vivos puede desarrollarse en un rango que oscila entre los 0 ºC y los 45 ºC. Estos límites se deben al punto de congelación del agua y a la temperatura límite en que muchas proteínas aún pueden mantener su funcionamiento, sin perder su estructura química. Cualquier modifi-cación térmica en el ambiente puede causar un cambio en la temperatura del organismo, salvo que este disponga de algún sistema para controlarla.
• Los invertebrados, peces, anfibios y reptiles adecúan su temperatura corporal de acuer-do con las variaciones de la temperatura del ambiente, por eso, dependen de fuentes de calor externas, como la radiación solar. Reciben el nombre de poiquilotermos (del griego poikilos, ‘variable, cambiante’; y thermós, ‘caliente, temperatura’).
• Las aves y los mamíferos mantienen constante su temperatura corporal aunque varíe la del ambiente; se denominan homeotermos.
Para adaptarse a las bajas temperaturas, los homeo-termos generalmente se aíslan, y se produce un aumento del plumaje en las aves y del pelaje en los mamíferos. Los animales terrestres más pequeños tienen un ritmo metabólico elevado, por lo cual necesitan comer en gran cantidad. Como en el invierno el alimento escasea, anima-les como las ardillas, los lirones, los erizos, los murciélagos y los colibríes, por ejemplo, deben disminuir todas sus funciones vitales y entrar en un período llamado hibernación. Durante este lapso metabolizan las reservas de grasas que acumularon durante el verano. El ciclo anual de hibernación depende de la duración de las horas de luz y de factores endócrinos.
Los mamíferos de vida acuática, como las ballenas, delfines y focas, tienen una gruesa capa de grasa subcu-tánea como aislante. Entonces, su temperatura superficial es inferior a la del resto del cuerpo y parecida a la del agua que los rodea. Las aletas y la cola, que no poseen grasa, aplican otro mecanismo que veremos en la página siguiente.
Luego del período de hibernación, el erizo debe alimentarse para recuperar la grasa corporal perdida y volver así a estar preparado para poder enfrentar los próximos fríos.
211
Ho meos ta sis
Los animales que no pueden regular su temperatura interna tienen alguna ventaja respecto de los que sí lo hacen. Indaga cuál puede ser esta ventaja. Luego, analiza si tienen alguna desventaja.
Trabajo individual
BECU_B3.7_P204-224.indd 211 7/9/14 12:36 PM
212
Me ca nis mos fi sio ló gi cos de re gu la ción de la tem pe ra tu ra¿Cuá les son las es tra te gias fi sio ló gi cas con las que la evo lu ción ha fa vo re ci do a los
ma mí fe ros pa ra man te ner cons tan te su tem pe ra tu ra? Vea mos al gu nas de ellas.
• Su do ra ción. En días cá li dos, una per so na acli ma ta da pue de per der 1,5 l de su dor por ho ra, y una per so na no acli ma ta da, has ta 4 l por ho ra. Es to de ter mi na que, en el primer ca so, la ter mo rre gu la ción sea más efi cien te y el ca lor am bien tal afec te en me nor gra do al or ga nis mo.
• Pers pi ra ción in sen si ble. Dia ria men te, ca da per so na pier de más de 500 ml de agua a través de la piel sin percibirlo. Este líquido pro vie ne de las cé lu las y de los te ji dos, de don de sa le por sim ple di fu sión. Es te vo lu men de agua es el que se im preg na en la ro pa y le confiere un olor ca rac te rís ti co a ca da per so na.
• Va so cons tric ción pe ri fé ri ca. En el hi po tá la mo es tán los cen tros ner vio sos sim-pá ti cos que en vían se ña les que ha cen dis mi nuir el diá me tro de los va sos cu tá neos pe ri fé ri cos. Así, se re du ce la pér di da de ca lor des de la san gre al am bien te.
• Pi loe rec ción. La es ti mu la ción ner vio sa del sis te ma sim pá ti co pro vo ca la con trac-ción de los mús cu los erec to res, ubi ca dos en la ba se de los pe los, y hace que es tos se ele ven. En los ani ma les con el cuer po cu bier to de pe los, la pi loe rec ción de ter mi na que una ca pa de ai re que de re te ni da en tre ellos, la cual se ca lien ta rá pi da men te por la con duc ción del ai re y ac túa co mo un ais lan te tér mi co.
• Las su per fi cies cor po ra les con po cos pe los o sin ellos, co mo las axi las, la in gle o el es cro to, fa vo re cen la pér di da de ca lor.
• Ter mo gé ne sis quí mi ca. Con sis te en la pro duc ción de ca lor por me dio de las reac-cio nes quí mi cas pro pias del me ta bo lis mo.
• Es pas mos mus cu la res. En el hi po tá la mo se en cuen tra el ter mos ta to del or ga nis-mo, que con sis te en es truc tu ras ner vio sas en car ga das de con tro lar y re gu lar la tem-pe ra tu ra cor po ral. En con di cio nes nor ma les, se ha lla in hi bi do; pe ro cuan do lle gan a él se ña les de frío pro ce den tes de la mé du la es pi nal y de la piel, de sen ca de na un au men to del to no mus cu lar y pro du ce una se rie de es pas mos mus cu la res, con o ci dos co mo ti ri to nes o escalofríos. El mo vi mien to cons tan te de la mus cu la tu ra ge ne ra ca lor y con tri bu ye a la ter mo rre gu la ción.
• Ci clos de hi per ter mia. Al gu nas es pe cies se com por tan de for ma muy ac ti va du ran te un tiem po y, des pués, pa san a la inac ti vi dad, has ta que di si pan el ca lor acu mu la do.
Me ca nis mo de con tra co rrien te de la ale ta del del fín. Las ex tre mi da des de mu chos ani ma les, co mo las ale tas de los de fi nes, son del ga das y am plias. Cuan do ne ce si ta per der ca lor, es te se di si pa a tra vés de una su per fi cie am plia. Para conservarlo, se activa un me ca nis mo de con tra co rrien te que in ter cam bia calor entre la san gre ve no sa y la ar te rial. La san gre ar te rial ca lien te se di ri ge ha cia las ex tre mi da des, pe ro en la zo na de in ter cam bio, ce de ca lor a la ve no sa, la cual ha ce re tor nar calor al in te rior del cuer po.
TRANS FE REN CIA DE CA LOR
Ve na Ar te ria
36 °C
32 °C
28 °C
24 °C
37 °C
33 °C
29 °C
25 °C
hi per te mia (del grie go hy per, ‘más allá de, más que’, y ther món, ‘ca lor’). Tem pe ra tu ra cor po ral anor mal men te ele va da.
pers pi ra ción (del la tín pers pi ra re, ‘res pi rar a tra vés de’). Pér di das de agua por eva po ra ción a tra vés de las su per fi cies hú me das del cuer po, no cau sa das por la ac ción se cre to ra de las glándu las.
Glosario
Sangre venosa fría
Sangre arterial caliente
Visita la página web goo.gl/RPDI6 de la Revista Ecología Aplicada para leer más sobre los mecanismos de regulación homeostáticos. Luego, elabora un organizador gráfico para sintetizar la información.
TareaTIC
BECU_B3.7_P204-224.indd 212 7/9/14 12:36 PM
