lunes, 17 de junio de 2019

La respiración: energía para los seres vivos

Proceso de la respiración celular. Portal académico UNAM.


Indicador de logro: Reconoce e interpreta la función de respiración de los seres vivos. 

Competencia: Reconozco e interpreto la función de respiración de los seres vivos.  
Palabras claves: Respiración, energía, procesos vitales, lípidos, carbohidratos, enzimas, ATP, glucosa, glucólisis, aerobio, anaerobio, piruvato, fermentación, mitocondria, lavadura, ácido láctico, fotosíntesis, estomas, lenticelas, neumatóforos, cutánea, branquias, tráqueal, pulmones, inhalación, exhalación.

Pregunta generadora
¿Por qué es importante reconocer e interpretar la función de respiración en los seres vivos? 


Los alimentos tienen biomoléculas como los carbohidratos y los lípidos, que 
contienen gran cantidad de energía almacenada. Durante la digestión, 
los alimentos son convertidos en moléculas de glucosa.


Situación de aprendizaje

A través del proceso de la respiración, la energía contenida en los alimentos es transformada en energía útil. Esa energía la necesitan los seres vivos para llevar a cabo procesos vitales.
Vídeo de complementación: https://www.youtube.com/watch?v=SgcpTH6OlAs
Los alimentos tiene almacenada suficiente cantidad de energía en moléculas orgánicas como los lípidos y los carbohidratos y con la ayuda de las enzimas, las células rompen estas moléculas  en otras más pequeñas y liberan energía. Parte de la energía que queda libre, es almacenada por las células en una molécula llamada ATP, y la usan para dividirse, crecer o mantener estable su composición interna. La energía restante es eliminada al ambiente en forma de calor. Una vez se rompen las moléculas orgánicas  en glucosa, esta se parte nuevamente mediante un proceso llamado GLUCÓLISIS.  Los productos de la glucólisis  pueden seguir dos caminos:
1. en presencia de oxígeno, se lleva a cabo el proceso de la respiración celular.
2. en ausencia de oxígeno, siguen un proceso llamado fermentación.


Glucólisis o rompimiento de azúcar, es el proceso por el cual la glucosa, un azúcar de seis carbonos, se rompe en dos  moléculas  de tres carbonos llamadas piruvato. La glucólisis ocurre en dos etapas:
Primera etapa, la célula invierte energía  para agregar fosfato a  la glucosa.
Segunda etapa, la glucosa se divide y produce dos moléculas  de piruvato y energía en forma de ATP.

La glucólisis ocurre en el citoplasma, en ausencia de oxígeno. Es seguida por la respiración celular aerobia o por la fermentación, en las que el piruvato sufre transformaciones que permiten a la célula obtener el resto de la energía que se encontraba almacenada en la glucosa.

La respiración celular aerobia ocurre en las mitocondrias en presencia de oxígeno.  Allí con ayuda del oxígeno, el piruvato es transformado en agua , dióxido de carbono y ATP.

Este proceso se puede representar así: 

2 piruvato   +   6O2    ®   6CO2   +   6H2O    +   energía

Entonces para la respiración celular se requieren de dos ingredientes básicos: el oxígeno y el piruvato que proviene de la glucosa. La glucosa entra a las células en una gran variedad de formas. Por ejemplo, las plantas, las algas y algunas bacterias la elaboran por medio de la fotosíntesis; los animales y hongos la obtienen comiendo plantas u otros organismos. El oxígeno obtenido a partir del aire en organismos terrestres o del disuelto en agua en organismos acuáticos.
La respiración celular es esencial para la supervivencia de la mayoría de organismos, pues la energía de la glucosa no puede ser usada por las células hasta que es almacenada como ATP. La respiración celular ocurre constantemente dentro de las células, y si por algún motivo esta se llega a interrumpir, la célula muere.

La fermentación. Algunos organismos no pueden realizar la respiración celular aerobia para producir ATP a partir de los alimentos y sin la ayuda del oxígeno.

Vídeo de complementación: https://www.youtube.com/watch?v=mk9jS1KgHQY

La fermentación produce menos energía que la respiración celular aerobia, y en ella el piruvato permanece en el citoplasma donde es procesado.
Existen dos tipos de fermentación:

1. La fermentación alcohólica  , el piruvato es convertido en alcohol llamado etanol. La fermentación es producida por algunas bacterias y unos hongos unicelulares llamados levaduras; es utilizada para producir el alcohol que contienen la cerveza y el vino.

Las levaduras también producen dióxido de carbono, que es utilizado por los panaderos para hacer crecer la masa del pan horneado.

2. La fermentación ácido-láctica, el piruvato es transformado en ácido láctico. Es tipo de fermentación es realizada por ciertos hongos y algunas bacterias, es de gran utilidad en la industria láctica para la fabricación de quesos y yogures.

Gracias a la fermentación se obtienen productos como los vinos, las cervezas,
los quesos, los yogures, la acetona y el metanol.

De las bacterias a los hongos. Los organismos como las baterías, las algas, los protozoarios y los hongos, no tienen órganos especializados para realizar el intercambio gaseoso. Todos dependen de la difusión de oxígeno directamente desde el medio ambiente hacia el interior de cada una de sus células.

Respiración en móneras. Estas se pueden clasificar en aerobios o anaerobios. Las bacterias aeróbicas realizan la respiración a partir del oxígeno que se difunde a través de su membrana celular. Este se utiliza directamente en el citoplasma para llevar a cabo el proceso de la respiración por cuanto las bacterias carecen de mitocondrias. Las bacterias anaeróbicas realizan la fermentación y, en muchos casos, el oxígeno puede llegar incluso a ser tóxico para ellas.

Respiración en protistas. La mayor parte de los protistas, como las algas y los protozoos, son organismos unicelulares. Estos realizan el intercambio gaseoso por difusión a través de su membrana celular; la respiración ocurre en las mitocondrias.

Respiración en hongos. Dentro de los hongos es posible encontrar desde unicelulares como las levaduras que realizan el proceso de la fermentación, hasta aquellos multicelulares como los champiñones, que tienen respiración aeróbica y dependen del oxígeno para obtener energía.

Respiración en plantas. Durante la fotosíntesis las plantas producen glucosa, y oxígeno que es liberado a la atmósfera. Sim embargo como la mayoría de los seres vivos también necesitan tomar oxígeno del ambiente para que sus células lleven a cabo el proceso de respiración celular. Gracias a este proceso, se rompe la glucosa que produjeron durante la fotosíntesis, y así, obtienen la energía que necesitan para realizar sus procesos  vitales.

El intercambio gaseoso se da principalmente en las hojas de las 
plantas. Acercaciencia.com


El intercambio gaseoso que ocurre en las plantas, a diferencia de lo que sucede en otros organismos como los animales, además de la incorporación de oxígeno, también incluye la incorporación de dióxido de carbono que es esencial para la fotosíntesis.

El intercambio gaseoso ocurre principalmente en las hojas, a través de poros conocidos como estomas. Sin embargo, muchas plantas poseen otras estructuras especializadas en esa función. Es el caso de las lenticelas de las plantas leñosas, o de los neumatóforos de muchas plantas acuáticas.

Los estomas son pequeños poros a través de los cuales se difunden fácilmente el oxígeno, el dióxido de carbono y el vapor de agua. Así, se mueven libremente entre el cuerpo de la planta y el medio ambiente.

Las hojas controlan la entrada y salida de oxígeno y dióxido de carbono, 
abriendo y cerrando sus estomas. Foto portalfruticola.com



Los estomas se encuentran principalmente en el envés de las hojas, aunque también es posible encontrarlos en el haz de las hojas y en los tallos jóvenes. Durante el día, los estomas permanecen abiertos para permitir la entrada de dióxido de carbono necesario para realizar la fotosíntesis, y liberar el oxígeno que esta produce.

Durante la noche, cuando no hay luz para realizar la fotosíntesis, se cierran para evitar que se pierda hacia el ambiente el dióxido de carbono producido por la respiración, y que es usado en la fotosíntesis. Debido a la alta concentración de oxígeno en la atmósfera, este puede atravesar los poros estomáticos así estos estén cerrados.


Lenticela son pequeñas aberturas en el tallo que 
permiten la entrada de oxígeno. Foto biología.edu.ar



Las lenticelas son pequeñas aberturas que se encuentran en el tallo de las plantas, principalmente en aquellas que tienen una corteza dura, con abundante tejido suberoso, que es impermeable al aire. A través de las lenticelas entra parte del oxígeno que las células necesitan para realizar la respiración celular. La entrada de dióxido de carbono por las lenticelas no es importante, pues en los tallos no se realiza la fotosinteis.

Los neumatóforos son propios de las plantas de terrenos inundados
o pobres en aireación como el mangle. Foto.Biopedia

Los neumatóforos son estructuras respiratorias ubicadas en las raíces de las plantas acuáticas como el mangle. Estas raíces sobresalen del agua, pues las plantas no pueden obtener el oxígeno disuelto en ella.

La respiración en los animales. Estos tienen diferentes adaptaciones para extraer eficientemente el oxígeno del medio en el que viven, y satisfacer sus necesidades de energía de acuerdo a su tamaño y su actividad.

Diferentes formas de respiración animal con sus adaptaciones para extraer
el oxígeno del medio. Foto. m.abc.com.py

Respiración cutánea. Algunos animales pequeños e inactivos como las esponjas, los pólipos y los gusanos planos, cuyo cuerpo tiene pocas células de espesor, carecen de sistemas de conductos para transportar el oxígeno. Las células están cerca de la fuente de oxígeno que este puede entrar, y el dióxido de carbono puede salir por difusión.

Los animales con respiración cutánea, como la lombriz
necesitan mantener su piel humedad para poder realizar
el intercambio gaseoso. Foto. monografias.com

En otros animales como las lombrices de tierra, la piel sirve para intercambiar gases con el ambiente. Una red de vasos sanguíneos  que se encuentra bajo ella recoge el oxígeno y lo lleva al resto del cuerpo, y  lleva el dióxido de carbono desde las células hasta la piel para que sea eliminado.

Respiración branquial. Es propia de los animales acuáticos como los peces y los moluscos. Se realiza por medio de órganos  llamados branquias,formados por delgado dobleces de la piel. Las branquias son extramadamente eficientes, y pueden llegar a extraer más del 80% del oxígeno del agua.


Los peces bombean constantemente agua sobre sus branquias
para aumentar el intercambio gaseoso. Foto. Haiku Deck.

Las branquias se encuentran atravesadas por una gran cantidad de vasos sanguíneos, que aumentan el intercambio gaseoso. Además, la sangre fluye en dirección contraria al agua, lo que hace posible que a medida que avanza se encuentre con agua fresca cargada de oxígeno. Los animales acuáticos incrementan el flujo de agua sobre las branquias, renovando constantemente el agua rica en oxígeno. Por ejemplo, las langostas tienen apéndices  en forma de remos con las que impulsan el agua, y los peces generan una corriente de agua que entra por la boca, baña las branquias y sale del cuerpo.

Respiración traqueal. Es propia de los insectos.en esta el intercambio gaseoso se da a través de delgados tubos, llamados tráqueas, que se comunican con el exterior del cuerpo a través de pequeños orificios llamdos espiráculos. Las tráqueas que se ramifican a través de todo el cuerpo, cada vez de manera más fina, hasta que sus extremos llegan a la superficie de casi todas las células del organismo, donde se realiza el intercambio gaseoso.



En los insectos, las tráqueas se ramifican hasta entrar en contacto con casi todas
 las células del cuerpo. Foto. aprendiendobiologiaconcayetano.

Respiración pulmonar. Algunas arañas, los caracoles  y los vertebrados terrestres, respiran por medio de pulmones. A diferencia de los sistemas traqueales, los pulmones se encuentran restringidos a una zona específica del cuerpo. Los pulmones tienen forma de saco y están divididos en lóbulos compuestos, a su vez, de millones de diminutos sacos. Como la superficie respiratoria no está en contacto con todas las partes del cuerpo, el sistema de respiración pulmonar se asocia con el sistema circulatorio que se encarga de transportar oxígeno y dióxido de carbono entre los pulmones y el resto del cuerpo.




Respiración pulmonar humana llevada a cabo por los pulmones 
donde se presenta el intercambio gaseoso, entre el cuerpo y
el ambiente. Foto.Biblioteca de investigaciones. WordPress.com
Material de complementaciónhttps://www.abpischools.org.uk/topic/breathingandasthma/1/1


Bibliografía

* Santillana 6. ISBN958-24-1084-1
https://www.abpischools.org.uk/topic/breathingandasthma/1/1