Biología Bloque 3 - Buenos Aires Ciudad
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Secretaría de Educación Subsecretaría de Educación Proyecto Educación Adultos 2000 Coordinador pedagógico: Lic. Roberto Marengo Equipo técnico-pedagógico: Lic. Ayelén Attías Lic. Valeria Cohen Lic. Daniel López Lic. Norma Merino Lic. Noemí Scaletzky Lic. Alicia Zamudio EQUIPO DE EDICIÓN: Coordinadora de producción de materiales: Lic. Norma Merino Procesamiento didáctico: Lic. Sandra Muler Especialistas en Contenidos: Lic. Laura Lacreu Lic. David Aljanati Colaboración en la edición: Lic. Betina Akselrad (pedagógico) Dra. Fabiana Leonardo (legal) Diseño gráfico: Patricia Barrios BIOLOGÍA - BLOQUE 3 Copyright Secretaría de Educación del Gobierno de la Ciudad Autónoma de Buenos Aires Subsecretaría de Educación Gobierno de la Ciudad Autónoma de Buenos Aires Proyecto Educación ADULTOS 2000 Av. Díaz Velez 4265 - Tel./Fax: 4981-0219 (C1200AAJ) - Ciudad Autónoma de Buenos Aires Buenos Aires, Julio de 202 Queda hecho el depósito que establece la ley 11.723 ISBN 987-549-051-2 Agradecemos la colaboración de los profesores consultores del Proyecto: Julio Manjón, Estela Sansebastián y Adriana Rossi, por el valioso aporte realizado a esta guía de estudio. Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología Bloque 3 Biología El mantenimiento de las funciones vitales en el organismo humano Índice Acerca de este material 5 Unidad 1: Las funciones del metabolismo energético y las estructuras asociadas 7 1.a. Los sistemas digestivo y respiratorio: dos sistemas fundamentales para el metabolismo energético. 12 1.b. El sistema circulatorio y su relación con los otros sistemas que aportan al metabolismo energético. 24 1.c. Diferentes adaptaciones evolutivas en los sistemas que participan en la función de nutrición. 30 Autoevaluación de la Unidad 1 35 Respuestas a la Autoevaluación 39 Orientaciones para estudiar con la bibliografía sugerida en esta unidad 45 Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología 3 Unidad 2: Las funciones homeostáticas y las estructuras asociadas 2.a. El sistema urinario y su función excretora. 47 49 2.b. La respuesta inmune: el reconocimiento de lo propio y de lo ajeno. 56 Autoevaluación de la Unidad 2 69 Respuestas a la Autoevaluación 73 Orientaciones para estudiar con la bibliografía sugerida en esta unidad 76 Unidad 3: Las funciones de integración y control y las estructuras asociadas 79 3.a. El sistema nervioso y sus principales funciones. 81 3.b. Cerebro y evolución humana. 89 3.c. El sistema endocrino y sus principales funciones. 93 Autoevaluación de la Unidad 3 101 Respuestas a la Autoevaluación 105 Ud. encontrará pequeñas diferencias entre algunos títulos de este índice y del programa que fue publicado. Las mismas no tienen importancia para el estudio de la materia; simplemente se trata de mínimos ajustes realizados durante la producción de esta guía de estudio. Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología 4 Bloque 3 Biología Acerca de este material Con esta entrega Ud. recibe la Guía de estudio correspondiente al Bloque 3 de Biología, que fue elaborada especialmente para el Proyecto Educación Adultos 2000. Se trata de una propuesta que tiene la finalidad de orientarlo y guiarlo en su proceso de aprendizaje. Sin embargo, deberá tener presente que esta guía no es un libro de texto ni intenta reemplazarlo. Por lo tanto, para estudiar deberá acudir a la Bibliografía. Este bloque está organizado en tres unidades. En cada unidad Ud. encontrará una introducción general para ubicarlo en los temas centrales que se tratarán. Luego se enumeran los contenidos y se presenta la bibliografía sugerida para estudiar esta materia. A su vez, cada unidad presenta actividades de distinto tipo. Algunas le proponen que Ud. las resuelva con los conocimientos que dispone, sin recurrir a los libros de texto, con el propósito de que reflexione sobre esos conocimientos y comience a interiorizarse en el tema. Un segundo tipo de actividad requiere que recurra a los textos para poder resolverlas. Un tercer tipo de actividad le propone la aplicación de los conocimientos adquiridos. También encontrará actividades de integración, para que Ud. pueda realizar una síntesis de lo que aprendió. Por lo general, las actividades o grupos de actividades, van precedidas de un texto explicativo cuya finalidad es interiorizarlo en los temas que van a abordar. Estos textos no reemplazan, de ninguna manera, la bibliografía sugerida. Al finalizar cada unidad le presentamos una autoevaluación, y a continuación las respuestas correspondientes. Esperamos que mediante su resolución, Ud. pueda Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología 5 darse cuenta de qué es lo que efectivamente aprendió y qué temas aún debe volver a repasar. Le recordamos que en las consultorías tiene un espacio para presentar todas sus dudas y pedir las orientaciones que necesite. Luego de esta presentación, le proponemos comenzar con el trabajo. Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología 6 Bloque 3 Biología Unidad 1: Las funciones del metabolismo energético y las estructuras asociadas Introducción Todos los organismos, independientemente de que estén formados por una o muchas células, requieren del aporte constante de materia y energía proveniente del medio externo. Así, se define como metabolismo energético a todos los mecanismos fisiológicos que permiten a los sistemas vivos aprovechar para sí mismos los aportes de materia y energía provenientes del entorno. Los mecanismos fisiológicos son los mecanismos de funcionamiento de los organismos que, en conjunto, cubren sus necesidades biológicas. A lo largo de la evolución de los seres vivos se han desarrollado una serie de estructuras especializadas en las funciones de captación, transformación y aprovechamiento de dicha materia y energía que ingresa al organismo. En los organismos unicelulares eucariotas (cuyas características fueron estudiadas en la Unidad 1 del Bloque 1) y en cada una de las células de los organismos multicelulares, estas funciones son llevadas a cabo por diversas organelas tales como la membrana celular, las mitocondrias, los retículos y vesículas. Pero es en los organismos multicelulares donde el gran volumen corporal requiere cubrir la necesidad de asegurar la llegada de los nutrientes a cada una de las células. A lo largo de la evolución biológica han surgido estructuras y procesos de un alto grado de complejidad y especialización que permitieron cubrir dichas necesidades. El estudio de estas estructuras y procesos involucra a diferentes tejidos, órganos y sistemas de órganos que, en conjunto, cumplen estas funciones. El sistema digestivo en los mamíferos, por ejemplo, incorpora los alimentos y los transforma en materiales aptos para ser aprovechados por las células de todo el cuerpo. Una serie de órganos (boca, esófago, estómago, intestinos) y de glándulas anexas (salivales, vesícula biliar, páncreas) participan de estos procesos de transformación. El producto de esta transformación se incorporará entonces al torrente sanguíneo, que distribuirá estos materiales a todo el organismo. Desde hace miles de años, uno de los signos vitales privilegiados fue el de la mecánica respiratoria: al detectar la entrada y salida de aire de los pulmones, tanto el médico Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología 7 como el lego podían afirmar que aún continuaba la vida. Sin embargo, no fue hasta después de que los químicos descubrieron el oxígeno y se determinó su papel en cada una de las células, que se llegó a comprender la importancia de la respiración para los seres vivos como el mecanismo más importante a través del cual se obtiene la energía química contenida en los alimentos que ingerimos. Los tres sistemas de órganos a los que hemos hecho referencia hasta el momento: sistema digestivo, sistema circulatorio y sistema respiratorio, confluyen en el cumplimiento de una única función: la nutrición. En esta unidad nos concentraremos en el estudio del proceso de nutrición, particularmente en humanos, respondiendo a preguntas tales como: • ¿Cuáles son los mecanismos principales que permiten cubrir la función de nutrición? • ¿Cuáles son los tejidos, órganos y sistemas de órganos más importantes que participan en dicha función? • ¿Cómo se integran las funciones de diferentes sistemas de órganos proveyendo la materia y energía necesaria que asegura la supervivencia del organismo? Contenidos 1.a. Los sistemas digestivo y respiratorio: dos sistemas fundamentales para el metabolismo energético. 1.b. El sistema circulatorio y su relación con los otros sistemas que aportan al metabolismo energético. 1.c. Diferentes adaptaciones evolutivas en los sistemas que participan en la función de nutrición. Bibliografía sugerida • Aljanati D.; Wolovelsky E.; Tambussi C. Biología III: “Los códigos de la vida”, Ediciones Colihue, Buenos Aires, 1997. Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología 8 • Barderi M.; Cuniglio F.; Fernández E. y otros. Biología: “Citología, Anatomía y Fisiología. Genética, Salud y Enfermedad” , Editorial Santillana (Polimodal), Buenos Aires, 1998. • Bocalandro N., Frid D., Socolovsky L, Biología I: “Biología humana y salud”, Editorial Estrada (Polimodal), 1999. • Lacreu L.; Rubel D.; Guahnon E., “Ciencias Biológicas 3”, Editorial Santillana, Buenos Aires, 1990. En cada actividad en la que se le pida que para su resolución busque información en los textos, Ud. verá el símbolo .Este símbolo indica que podrá encontrar orientaciones para la búsqueda de información al final de la Unidad. No es imprescindible que consulte todos los textos sugeridos para cada actividad. Nuestra intención es proponerle distintas alternativas para que Ud. trabaje con el o los libros que consiga o que le resulten más claros para comprender los temas. Actividades de repaso Para comenzar, le proponemos que realice tres actividades que le permitirán repasar conceptos estudiados en bloques anteriores, ya que son fundamentales para comprender esta unidad. Para resolver estas primeras actividades, le sugerimos que recurra a la Guía de estudio del Bloque 1. Con respecto a la bibliografía requerida para estos primeros temas, Ud. comprobará que una parte de la misma se utiliza en ambos bloques. Actividad n° 11 Lea atentamente la siguiente afirmación: Absolutamente todos los organismos necesitan incorporar moléculas orgánicas complejas denominadas alimentos, degradarlas y obtener la energía contenida en ellas. Todo este proceso se denomina nutrición . En la mayor parte de los casos, el proceso de nutrición incluye la forma de conseguir el alimento, su incorporación al organismo, la digestión y distribución de los nutrientes a todas las células, y la respiración. 1 Le sugerimos que, antes de constestar las preguntas de esta actividad, resuelva las actividades 24, 27 y 28 de la Guía de estudio del Bloque 1. Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología 9 A partir de esta lectura, responda las siguientes preguntas: a. ¿Cuál es la diferencia entre la forma que las plantas incorporan moléculas orgánicas complejas y la forma en que lo hacen los animales? b. ¿Existen diferencias en cuanto al mecanismo que utilizan para “extraer” la energía contenida en dichas moléculas? Si es así, ¿cuáles son? ¿Qué relación hay entre este mecanismo y la necesidad de recibir un aporte constante de oxígeno? c. ¿Por qué se puede afirmar que los animales dependen de las plantas para nutrirse, independientemente de que consuman directamente plantas (herbívoros) u otros animales (carnívoros)? Actividad n° 2 Al final de la Unidad encontrará orientaciones bibliográficas. Investigue en los textos cuáles son las funciones de las organelas celulares que participan en el proceso de nutrición celular. Especifique además si dichas organelas se encuentran en células vegetales, animales o en ambos tipos celulares. Luego complete la siguiente tabla: ORGANELA FUNCIÓN TIPO CELULAR EN QUE SE ENCUENTRA (VEGETAL O ANIMAL) Cloroplastos Mitocondrias Membrana celular Lisosomas Vesículas Vacuolas Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología 10 Actividad n° 32 Repetidamente nombramos estructuras tales como células, tejidos, órganos, sistemas de órganos. Estos términos refieren a diferentes niveles de organización en los seres vivos. a. Busque en la Bibliografía las relaciones que existen entre estos diferentes niveles y dé ejemplos de cada uno. b. ¿Existen organismos que presenten sólo uno o algunos de estos niveles de organización? Si es así, aporte ejemplos concretos de organismos para cada nivel. A lo largo de esta guía encontrará permanentemente el término sistema, tanto para referirse a los organismos (sistemas vivos), como a partes de ellos (sistemas de órganos, sistema respiratorio, etc). Este término refiere a un concepto muy importante para la ciencia en general y en particular para la Biología. Es una idea esencial el hecho de que todos los organismos son sistemas abiertos que intercambian materia y energía con el medio en forma constante. Es decir, obtienen del ambiente los materiales necesarios para incorporar materia y energía. Antes de seguir adelante con esta unidad, le sugerimos que recurra a la Guía de estudio del Bloque 1 (punto 1.b: “Los seres vivos: Sistemas complejos y abiertos” , pp. 12 a 18) y resuelva las actividades que allí se plantean, con el fin de repasar tanto la definición de sistema como sus características más im - portantes. 2 Para repasar los temas referidos a niveles de organización, le sugerimos que lea los apartados y resuelva las actividades del punto 1.c: “La organización de los seres vivos” (pp. 18 a 26), de la Guía de estudio del Bloque 1. Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología 11 Actividades de anticipación A continuación, le proponemos dos actividades para introducirlo en el tema central de esta unidad. Le sugerimos realizarlas con los conocimientos que Ud. tenga, sin consultar bibliografía. En caso de que encuentre dificultades para resolverlas, mantenga los interrogantes, y vuelva a ellas a medida que avanza en el estudio de la Unidad. Actividad n° 4 Es frecuente que, cuando nos vamos a extraer sangre para hacernos ciertos análisis o cada vez que concurrimos a donarla, en la cartilla de instrucciones nos digan que debemos presentarnos con 8 ó 12 horas de ayuno. • ¿Cuál será la razón de esta instrucción, dado que los alimentos que ingerimos ingresan al sistema digestivo y la sangre que donamos es extraída del sistema circulatorio? Actividad n° 5 Cuando por diversos motivos una persona está impedida de ingerir agua y/o alimentos, o se encuentra en un estado crítico de debilidad, se le administra una solución de glucosa o dextrosa (dos azúcares) por vía sanguínea con el objeto de mantenerlo alimentado e hidratado. • ¿Cómo es posible que la administración de azúcares por vía sanguínea supla el mecanismo de alimentación habitual (ingesta)? Volveremos a retomar estos interrogantes en el desarrollo de esta unidad. Ahora iniciaremos el estudio de los temas específicos del Bloque 3. Por lo tanto, a partir de este momento, Ud. deberá recurrir a la bibliografia sugerida para este bloque para resolver las actividades que le proponemos realizar. 1.a. Los sistemas digestivo y respiratorio: dos sistemas fundamentales para el metabolismo energético Así como todos los organismos, independientemente de su complejidad, deben cubrir determinadas necesidades energéticas; los organismos multicelulares, además, deben Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología 12 atender las necesidades energéticas de cada una de las células que los componen. Cuanto más complejo es dicho organismo, mayor será la especialización de los tejidos que cubren dicha necesidad. En los vertebrados, por ejemplo, podemos distinguir tres sistemas íntimamente relacionados, que cumplen funciones especializadas en cuanto a asegurar el aporte de materia y energía a las células. Son estos los sistemas digestivo, respiratorio y circulatorio. En adelante, nos concentraremos en las funciones y estructuras de estos sistemas y en su interrelación. El sistema digestivo humano El sistema digestivo humano está formado por una serie de órganos y glándulas anexas que procesan el alimento, lo cual permite su aprovechamiento por parte de las células de todo el organismo. Este sistema tiene una doble conexión con el exterior (boca y ano) que posibilita la entrada del alimento y la salida de los desechos respectivamente. Esquemáticamente se puede pensar en él como en un tubo abierto en los dos extremos, y ese tubo puede subdividirse en distintas secciones, teniendo en cuenta el papel que cumple cada una. En su conjunto, el papel del sistema digestivo es incorporar alimento, degradarlo en moléculas más sencillas y expulsar los materiales que forman parte de los alimentos y que no fueron digeridos o absorbidos. De esta forma, el proceso de digestión pasa por distintas etapas, cada una de ellas en porciones diferentes del sistema digestivo: ✓ Captura del alimento ✓ Deglución o ingestión ✓ Digestión mecánica ✓ Digestión química ✓ Absorción ✓ Egestión (o expulsión de desechos en forma de materia fecal) Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología 13 Actividad n° 6 a. Busque en la Bibliografía un esquema del sistema digestivo humano e identifique cada una de sus partes. Luego complete el siguiente cuadro (como ejemplo, completamos la primera fila). ÓRGANOS DEL ETAPA DE LA SISTEMA DIGESTIVO DIGESTIÓN Captura del alimento, degradación mecánica y química, deglución. Boca GLÁNDULAS ANEXAS. COMPONENTES Y SU FUNCIÓN FUNCIONES Glándulas salivales: segrega enzimas que degradan algunos componentes de los alimentos (almidón y azúcares). Lengua: colabora con la deglución y permite la gustación. Dientes: captura y molienda del alimento. Labios: colaboran en la captura del alimento. Faringe Esófago Estómago Intestino delgado Intestino grueso Ano b. ¿Qué papel cumplen las enzimas digestivas? c. Ahora diseñe Ud. un cuadro donde pueda volcar información sobre: • Las diferentes enzimas digestivas. • El “jugo digestivo” donde se encuentra cada una de ellas (saliva, jugo gástrico, jugo pancreático, etc.). • La acción de cada enzima sobre los alimentos. • Las glándulas anexas que las producen y/o almacenan (hígado, páncreas, bilis, etc.). • El sitio de acción (boca, instestino, estómago, etc.). Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología 14 Si bien la digestión (mecánica y/o química) se realiza en diversas partes del sistema digestivo (boca, estómago, intestinos), la función de absorción es exclusiva de los intestinos. Es recién allí donde los alimentos, degradados por la acción combinada de la masticación y de los diferentes jugos digestivos, pueden ser redistribuidos a todo el organismo y aprovechados por las células. Actividad n° 7 El intestino delgado es un largo tubo (unos 7 metros) replegado sobre sí mismo. Su pared interior es muy rugosa dando lugar a la formación de gran cantidad de vellosidades. Estas vellosidades poseen, a su vez, microvellosidades formadas por prolongaciones del citoplasma de las células que tapizan el tubo intestinal. Como resultado de dichos repliegues, la superficie total del intestino en contacto con el alimento es enorme. a. Busque en los textos alguna ilustración que muestre las microvellosidades intestinales para corroborar lo que dice el párrafo anterior. b. Atendiendo a la función del intestino en cuanto a la absorción de componentes útiles para el organismo contenidos en los alimentos, ¿qué ventaja adaptativa representará que el intestino delgado sea un tubo muy largo y con el interior tapizado de pliegues, respecto de uno corto y liso? Las pequeñas moléculas orgánicas que resultan de la acción de la digestión de los alimentos abandonan el tubo digestivo como resultado de la absorción e ingresan en el sistema circulatorio. La sangre es el fluido encargado de transportar estas sustancias a las células. Por lo tanto, hay una íntima conexión entre el sistema digestivo y el circulatorio: el exterior de los intestinos delgado y grueso está rodeado por capilares sanguíneos que reciben el producto útil de la digestión y lo incorporan al torrente sanguíneo. El siguiente esquema muestra una pequeñísima porción del intestino delgado y su vinculación con el sistema circulatorio a través de una red de capilares sanguíneos. El tamaño de la ilustración es millones de veces más grande que el tamaño real de la estructura que aquí se esquematiza: Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología 15 Esta ilustración ha sido tomada del libro de Curtis, Helen. “Biología”. Ed. Panamericana, Madrid, 1993. (pág. 734) Con autorización de Editorial Médica Panamericana, Marcelo T. de Alvear 2145 (C 1122 AAG), Bs. As. Argentina. Teniendo en cuenta la relación estudiada entre los sistemas circulatorio y digestivo, ahora Ud. mismo podrá revisar sus respuestas a las actividades 4 y 5. Nosotros retomaremos este tema en el punto 1.b de esta unidad. El sistema respiratorio El término respiración se utiliza en dos sentidos. Se refiere tanto al mecanismo de entrada y salida de aire en los pulmones -inhalación y exhalación- como a la combinación del oxígeno con las moléculas orgánicas (oxidación) en el interior de las células. Esta reacción libera la energía contenida en dichas moléculas como energía de enlace entre los átomos que la forman y la hace disponible para la célula. A continuación veremos el proceso de respiración en estos dos sentidos. Primero nos concentraremos en la respiración mecánica para abordar, luego, la respiración celular o interna. El sistema respiratorio humano está formado por las vías respiratorias (nariz, faringe, laringe, tráquea y bronquios) y los órganos respiratorios (pulmones). Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología 16 Esta diferenciación entre vías respiratorias y órganos respiratorios se hace en función de que las primeras conducen el aire, y los segundos participan activamente en el proceso de intercambio gaseoso entre el organismo y el ambiente. La función del sistema respiratorio es garantizar la entrada del aire a los pulmones, y el pasaje a la sangre del oxígeno que ese aire contiene. Una vez en la sangre, el oxígeno es transportado por el sistema circulatorio y distribuido a todas las células del organismo. Asimismo, y como veremos más adelante, el sistema circulatorio es el vehículo a través del cual tiene lugar la salida del dióxido de carbono, un gas que es producido durante la respiración celular y debe ser desechado. Actividad n° 8 Estudie de la Bibliografía las diferentes partes que componen el sistema respiratorio humano y luego, sin mirar el texto, recuerde e identifique en el siguiente esquema las distintas partes que lo integran. Esta ilustración ha sido tomada del libro de Barderi, M.G.; Cuniglio, F. y otros. Biología. Citología. Anatomía y Fisiología. Genética. Salud y enfermedades. Polimodal. Ed. Santillana, Bs. As., 2000. (pág.109). Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología 17 Anteriormente dijimos que el término respiración se aplica a dos mecanismos diferentes: el de la respiración mecánica (que tiene por función la ventilación pulmonar), y el que se produce a nivel de las células (respiración celular). Ahora agregaremos que, en general, pueden señalarse tres momentos diferentes en el proceso de respiración: ✓ Ventilación pulmonar ✓ Intercambio de gases o hematosis ✓ Respiración celular La hematosis es un momento del proceso de la respiración que actúa como un nexo entre los mecanismos de respiración mecánica y celular. A través de la respiración mecánica, el aire entra en los pulmones y el oxígeno que este contiene pasa a los capilares sanguíneos a través de la hematosis. Una vez que el oxígeno ha ingresado al torrente sanguíneo es distribuido a los tejidos permitiendo la respiración celular. Más adelante veremos cómo en este mismo proceso también se produce la “salida” del dióxido de carbono, desde la sangre hacia los pulmones. A continuación presentaremos algunas actividades para estudiar más a fondo los tres momentos del proceso de respiración mencionados. Ventilación pulmonar Actividad n° 9 La mecánica del proceso respiratorio se produce de tal manera que hace posible la entrada y salida de aire hacia y desde los pulmones. Busque en la Bibliografía la información necesaria para contestar las siguientes preguntas: a. ¿Qué músculos participan del proceso de entrada y salida de aire en los pulmones? b. ¿Cuántas fases pueden diferenciarse en el ciclo respiratorio? c. ¿Por qué se puede decir que en el ciclo respiratorio hay una fase activa y otra pasiva? ¿A cuál de ellas corresponde la inspiración (o inhalación)? Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología 18 Actividad n° 10 Normalmente, el ciclo respiratorio tiene un ritmo parejo que incluye unas 16 inspiraciones y espiraciones por minuto, y una entrada de 2,5 litros de aire en los pulmones. Por el contrario, cuando el ejercicio físico es muy exigente, este ritmo se eleva varias veces y la entrada de aire llega hasta 5 litros por minuto. • ¿Qué razones pueden explicar este cambio brusco en el ritmo respiratorio? Intercambio gaseoso Como ya dijimos, el intercambio de gases se realiza a distintos niveles en el organismo: a nivel pulmonar, donde el oxígeno pasa desde los pulmones a la sangre, y el dióxido de carbono pasa de la sangre a los pulmones; y a nivel celular, donde el oxígeno abandona la sangre y entra a las células, mientras que el dióxido de carbono ingresa al torrente sanguíneo desde las células. En todos los casos, el intercambio se produce por un proceso llamado difusión. Busque en la Bibliografía los principios de la difusión gaseosa y, b a sándose en los mismos, resuelva la actividad que aparece a conti nuación. Actividad n° 11 Observe atentamente las siguientes representaciones: ✓ El rectángulo representa un recipiente hermético cuyas paredes impiden la difusión de los gases. ✓ La línea punteada, que separa en dos partes al rectángulo, representa una membrana permeable al paso de los gases. Por lo tanto, estos pueden difundir libremente a través de la misma. Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología 19 CASO 1 CASO 2 REFERENCIAS Oxígeno Nitrógeno Dióxido de carbono Responda: a. Para el CASO 1 • ¿Cuál o cuáles de los tres gases se moverá de un compartimento al otro? • Indique con una flecha cuál será el sentido de este movimiento. Justifique sus respuestas. b. Responda los mismos items para el CASO 2. c. Represente la situación final, luego de que los gases hayan llegado al equilibrio, tanto para el CASO 1 como para el 2. Para ello, utilice las referencias de los gases que presentamos más arriba y ubíquelas en los rectángulos. CASO 1 CASO 2 Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología 20 Es importante que Ud. tenga en cuenta que, en la difusión, el movimiento de los gases es permanente y en todos los sentidos a través de la membrana. Cuando le pedimos en la actividad anterior que indique hacia dónde se moverá el gas, nos referimos al resultado que se obtendrá en el estado final, cuando se equilibren las moléculas a un lado y otro de la membrana. En ese estado, las moléculas del gas seguirán moviéndose de un lado a otro de la membrana, pero de forma tal que siempre se mantendrán constantes e iguales las concentraciones del gas porque irán de derecha a izquierda tantas moléculas del mismo como las que se moverán de izquierda a derecha. Este equilibrio se denomina equilibrio dinámico. En el intercambio de gases que se produce entre el ambiente y los organismos, los gases ingresan al organismo según el mecanismo de difusión descripto en las actividades anteriores. Sin embargo, la situación de equilibrio dinámico raramente se produce, ya que los seres vivos van consumiendo el oxígeno a medida que este ingresa. De esta forma siempre hay menor concentración de oxígeno en el interior de los tejidos que en el exterior a los mismos, asegurándose el ingreso permanente de este gas. Sólo en ciertas situaciones especiales el proceso ocurre de manera distinta. Por ejemplo, a grandes altitudes donde la presión de oxígeno en el aire es muy baja, la difusión del oxígeno hacia la sangre se ve dificultada, y entonces se producen mareos y cansancio hasta que el cuerpo se adecua a esa situación a través de diversas respuestas fisiológicas. Respiración celular El oxígeno transportado por la sangre a las células de todo el organismo se incorpora al proceso de respiración celular. El oxígeno difunde desde los capilares sanguíneos hacia el interior de la célula y producirá la oxidación de las moléculas orgánicas. Para nuestros propósitos, el concepto de oxidación se refiere a la reacción química entre el oxígeno y otras sustancias. Por ejemplo, cuando el oxígeno reacciona con el hierro, como producto de esa combinación química se produce el óxido de hierro. Para el caso de la reacción entre el oxígeno y las moléculas orgánicas (como la glucosa), como resultado de la oxidación se “desarma” la molécula original produciendo moléculas más sencillas tales como dióxido de carbono y agua, liberando energía. Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología 21 Actividad n° 12 La respiración celular puede estudiarse como una reacción química en la cual la célula obtiene energía a partir de la combinación de la glucosa con el oxígeno. El resultado de este proceso es la producción de dióxido de carbono y agua. Estudie de la Bibliografía el proceso de respiración celular, y luego resuelva esta actividad. El siguiente esquema representa en forma muy simplificada el proceso que ocurre durante la respiración celular. 6 moléculas de Dióxido de Carbono 6 moléculas de Oxígeno RESPIRACIÓN CELULAR 1 molécula de Glucosa Energía 6 moléculas de Agua a. Busque en la Bibliografía la fórmula química de la glucosa y del dióxido de carbono. Observe que la molécula de glucosa está formada por 6 átomos de carbono unidos entre sí. Como producto de la reacción química entre la glucosa y el oxígeno se produce la ruptura de estos enlaces, generando 6 moléculas de dióxido de carbono, cada una de ellas formada por la combinación de 1 átomo de carbono y 2 de oxígeno. b. Compare la respiración aeróbica y la fermentación en relación con: • Productos finales del proceso • Cantidad de energía producida Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología 22 ¿En qué parte de la célula se produce la respiración celular? Actividad nº 13 Observe atentamente los siguientes gráficos. En ellos se representa la composición de la mezcla de gases en el aire inspirado y espirado. REFERENCIAS 1- Porcentaje de Oxígeno. 2- Porcentaje de Dióxido de carbono. 3- Porcentaje de Nitrógeno. a. ¿Cuál de los gráficos (A o B) corresponderá con el de aire inspirado y cuál con el de aire espirado? Justifique su respuesta. b. ¿Cuál es la razón por la que varían los porcentajes en la mezcla de gases en el aire inspirado y espirado? Para responder esta pregunta, tenga en cuenta exclusivamente la variación en el porcentaje de oxígeno y de dióxido de carbono. c. ¿Por qué será tan pequeña la variación en el porcentaje de nitrógeno? Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología 23 1.b. El sistema circulatorio y su relación con los otros sistemas que aportan al metabolismo energético Estudiaremos ahora algunas características anatómicas y funcionales fundamentales del sistema circulatorio, y más adelante retomaremos el tema para concentrarnos en el estudio de su papel en la nutrición. Hacia el año 1600, Galileo Galilei arriesgó su vida -contra la opinión “oficial” de la época representada por la Inquisición- al afirmar que la Tierra se mueve permanentemente alrededor del Sol, y no al revés, como sostenían los poderosos sacerdotes de la Iglesia de su época. Fue condenado al aislamiento y se dice que sus palabras, luego de la condena, fueron “Epour si muove” (y sin embargo se mueve, en latín). La contribución de Galileo fue enorme, particularmente para la ciencia astronómica y también para la ciencia en general. Casi al mismo tiempo, el médico inglés William Harvey arriesgaba su vida con el mismo argumento, pero esta vez refiriéndose a la sangre. La contribución de Harvey fue fundamental para la medicina y la biología modernas: afirmó que una característica del fluido sanguíneo es el movimiento permanente, que permite que recorra incesantemente todo el organismo. Actividad n° 14 La contribución de Harvey en el estudio del sistema circulatorio no sólo fue postular que la sangre se mueve, sino también que ese movimiento forma un circuito cerrado (circulación). Es decir que el fluido sanguíneo, normalmente, no abandona el sistema circulatorio formado por arterias, venas y capilares sanguíneos, como se suponía en aquella época. Busque en la Bibliografía el esquema del sistema circulatorio humano y responda: a. ¿Por qué se habla de una circulación mayor y de una circulación menor formando el sistema circulatorio? b. ¿Qué otra denominación recibe cada uno de estos circuitos y en qué característica del sistema se basa dicha denominación? c. ¿Cuál es la razón por la que normalmente la sangre se representa en los esquemas pintada de colores diferentes (típicamente rojo y azul)? Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología 24 En la época de Harvey nace una corriente de pensamiento médico y biológico denominada mecanicismo. El mecanicismo propone describir a los seres vivos como máquinas. La influencia de esta forma de pensar a los sistemas vivos es muy importante para la investigación y aún hoy es dominante. Es así que el corazón se describe como una bomba que impulsa la sangre logrando que recorra todo el cuerpo. Actividad n° 15 La “bomba cardíaca” está formada por cuatro cavidades diferentes: dos aurículas y dos ventrículos. Los músculos cardíacos son los encargados de proveer el movimiento que permite funcionar al corazón como una bomba, y existen válvulas de diverso tipo cuya apertura o cierre habilita o impide que la sangre pase de un compartimento al otro. Un esquema muy simplificado del corazón podría ser el siguiente: cabeza piernas (Colocamos las referencias “cabeza” y “piernas” para que Ud. pueda ubicarse espacialmente en la orientación del corazón que se dio en el esquema). Sobre la base de información que obtenga en los textos: a. Identifique en el esquema los ventrículos y aurículas, así como las arterias y venas que están indicadas. Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología 25 b. Coloque flechas que indiquen el sentido de circulación de la sangre en cámaras y vasos sanguíneos (venas y arterias). c. Coloree el esquema para señalar el tipo de sangre (oxigenada o carboxigenada) que circula en cámaras y vasos. d. Indique la posición de las válvulas tricúspide y mitral, y describa brevemente su función. El corazón de cuatro cámaras separadas por “tabiques” y válvulas es característico de todos los mamíferos y también de las aves. Como veremos más adelante, en otros grupos de animales hay menor cantidad de cámaras. Tanto la estructura del corazón como los circuitos formados por los vasos sanguíneos determinan tres características fundamentales del sistema circulatorio de aves y mamíferos: ✓ La circulación es cerrada: porque nunca (excepto cuando se rompen por accidente) la sangre sale de los vasos “derramándose” en los tejidos, sino que permanece siempre dentro de las arterias, venas y capilares. ✓ La circulación es doble: porque hay una circulación mayor (sistémica o tisular) y una circulación menor (pulmonar). Ambas pasan por el corazón pero forman dos circuitos independientes. ✓ La circulación es completa: porque la sangre oxigenada y carboxigenada nunca se “mezclan”. Esto se debe a la existencia de tabiques y válvulas internos del corazón que lo dividen en cuatro cámaras separadas (dos aurículas y dos ventrículos). Actividad n° 16 Dijimos que el corazón puede asimilarse a una bomba. Teniendo en cuenta el sentido del recorrido de la sangre en las cámaras y vasos, y la posición y actividad de las válvulas mitral y tricúspide, responda: a. ¿Cuál es la porción del corazón que actúa como impelente, en cada paso del ciclo cardíaco? b. ¿Cuál de los movimientos del ciclo cardíaco -sístole o diástole- corresponde a la función impelente? Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología 26 Nota: Ponga atención al hecho de que la diferencia entre venas y arterias radica en el grosor y la estructura de estos vasos. De ninguna forma tiene relación con la composición (oxigenada o carboxigenada) de la sangre que circula por ellos. Una demostración de esto es que la vena pulmonar transporta sangre oxigenada, mientras que la vena cava superior transporta sangre carboxigenada (confírmelo observando un esquema del sistema circulatorio que encontrará en cualquiera de los libros de texto sugeridos). Otro ejemplo en el mismo sentido es el hecho de que la arteria pulmonar transporta sangre carboxigenada, mientras que la arteria aorta transporta sangre oxigenada. Busque en la Bibliografía un esquema que muestre las distintas capas de tejido que forman venas y arterias, poniendo especial atención en sus diferencias. El fluido sanguíneo Todos sabemos que la sangre es, a simple vista, un líquido de coloración roja. También conocemos por experiencia que cuando toma contacto con el aire, este líquido “coagula” espesándose paulatinamente y finalmente formando un sólido marrón-rojizo. Sin embargo, la sangre está formada por diversos componentes con funciones diferenciadas y complejas. La sangre es, sin lugar a dudas, uno de los tejidos más importantes y complejos del organismo, tanto por su estructura como por su función. Actividad n° 17 • ¿Por qué siendo un líquido, la sangre es considerada un tejido? Le sugerimos, para contestar esta pregunta, que busque en los textos la definición de tejido y vincule la misma con los distintos componentes que forman la sangre. Las denominadas células madre hematopoyéticas, presentes en la médula ósea (tejido esponjoso ubicado principalmente en el interior de los huesos largos), son las generadoras de todos los tipos celulares que componen la sangre. Tanto la porción líquida de la sangre -plasma sanguíneo- como los distintos tipos celulares presentes en ella, determinan las propiedades del fluido sanguíneo y sus diversas funciones. Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología 27 Actividad n° 18 Complete el siguiente cuadro sobre la base de la información que obtenga de los textos acerca de las funciones del plasma y de los diferentes tipos celulares sanguíneos. (Completamos la primera fila para ayudarlo con un ejemplo). FUNCIÓN SANGUÍNEA COMPONENTE SANGUÍNEO QUE PARTICIPA Transporte de nutrientes Plasma sanguíneo FUNCIÓN EN EL ORGANISMO Nutrición Transporte de Oxígeno Transporte de Dióxido de carbono Función inmunológica Coagulación sanguínea Transporte de agua y sales Transporte de sustancias tóxicas que deben ser excretadas La sangre y su función en la nutrición El fluido sanguíneo cumple, como vimos, una serie muy importante y diversa de funciones en el organismo. Una de ellas es la función de nutrición celular. Esta función se cubre desde dos aspectos diferentes: ✓ Aporte de oxígeno ✓ Aporte de alimento El aporte de oxígeno es posible debido a la estrecha vinculación entre el sistema circulatorio y el sistema respiratorio (capilares sanguíneos-alvéolos). A su vez, el Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología 28 aporte de alimento está posibilitado a través de la íntima conexión que se establece entre el sistema circulatorio y el sistema digestivo (capilares sanguíneos-microvellosidades intestinales). A continuación, le proponemos algunas actividades relacionadas con estas funciones de la sangre. El aporte de oxígeno Actividad n° 19 El oxígeno que proviene del aire que entra a los pulmones difunde hacia los capilares sanguíneos y se incorpora a la sangre. Allí se fija en los glóbulos rojos o hematíes. Los hematíes contienen una sustancia muy particular, denominada hemoglobina, que les da su color característico. • ¿Cuál es el papel de la hemoglobina en el proceso de respiración? Actividad n° 20 La anemia es una enfermedad cuyos síntomas son el cansancio general, frecuentemente acompañado de somnolencia. Habitualmente la anemia está asociada a una baja cantidad de glóbulos rojos en la sangre comparada con el valor normal. • ¿Cuál será la razón por la que una concentración de glóbulos rojos menor que la normal produce estos síntomas? El siguiente esquema representa las relaciones del sistema circulatorio con los sistemas respiratorio y digestivo. Allí se representan también las sustancias transportadas en cada caso, y su destino. Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología 29 Sistema Respiratorio Órganos Sistema Circulatorio Sistema Digestivo Materia fecal Referencias del esquema: Oxígeno Dióxido de carbono Alimentos Sustancias de desecho producidas por las células 1.c. Diferentes adaptaciones evolutivas en los sistemas que participan en la función de nutrición Hasta el momento hemos concentrado nuestra atención en los sistemas digestivo, respiratorio y circulatorio humanos. Otros representantes del reino animal poseen sistemas de este tipo, aunque pueden variar mucho en su estructura. Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología 30 Existen grupos de animales que no tienen sistemas de órganos (por ejemplo, las esponjas). Esto es así porque, a lo largo de la evolución biológica y a través de los procesos de adaptación, los organismos han desarrollado diferentes estructuras y estrategias que cubren funciones similares. Le sugerimos que, si Ud. no está familiarizado con el tema de la evolución biológica, recurra a la Guía de estudio del Bloque 1, punto 2.b: “La evolución de las especies” , pp. 62 a 74 y resuelva las actividades allí planteadas. Actividad n° 21 En el reino animal existen cuatro estructuras básicas que garantizan el aporte de oxígeno a las células. Estas estructuras se corresponden con cuatro mecanismos diferentes de captación de oxígeno o mecanismos respiratorios: ✓ ✓ ✓ ✓ Tegumentaria Traqueal Branquial Pulmonar a. Busque en la Bibliografía información referida a estos cuatro mecanismos respiratorios y complete el siguiente cuadro: MECANISMO RESPIRATORIO MEDIO EN EL QUE SE DESARROLLA (AIRE O AGUA) GRUPO DE ORGANISMOS QUE LO POSEEN (PECES, ANÉLIDOS, MAMÍFEROS, INSECTOS, ETC.) EJEMPLOS Tegumentaria Traqueal Branquial Pulmonar Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología 31 b. Describa brevemente las características principales de las estructuras de cada uno de los cuatro mecanismos respiratorios mencionados. c. El sistema traqueal es el único que no está vinculado con el sistema circulatorio. ¿Cómo justifica este hecho? d. Teniendo en cuenta que existen diferencias entre los organismos en cuanto al mecanismo de respiración, ¿habrá también diferencias en cuanto a la respiración celular? Justifique su respuesta. Actividad n° 22 Los siguientes esquemas corresponden al sistema circulatorio de distintos grupos de animales. Como se puede ver, en estos casos, el corazón no es de cuatro cámaras como el de los mamíferos, sino de dos (una aurícula y un ventrículo) o de tres (un ventrículo y dos aurículas). Observe atentamente estos dos esquemas: PEZ seno venoso Cola Cabeza ventrículo aurícula Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología 32 ANFIBIOS (ranas y sapos) y REPTILES (tortugas y serpientes) Cola aurícula Cabeza aurícula ventrículo Si sabemos que las tres características más destacables sobre la circulación de la sangre en las aves y los mamíferos son: ✓ Circulación cerrada ✓ Circulación doble ✓ Circulación completa • ¿Cuáles de ellas se verán afectadas por la cantidad y disposición de aurículas y ventrículos en los peces, anfibios y reptiles? Justifique su respuesta para cada uno de los dos casos presentados. Para responder esta pregunta, puede recurrir al principio del punto 1.b: “El sistema circulatorio y su relación con los otros sistemas que aportan al me- tabolismo energético” de esta guía de estudio, donde se definen las racterísticas de la circulación en los mamíferos. En la bibliografía sugerida catam- bién encontrará más datos respecto de la circulación en anfibios, reptiles y peces. El ingreso de materia al organismo y su transformación en energía dentro de las células que lo componen, requiere -en los organismos multicelulares más complejosdel funcionamiento cooperativo de los sistemas de órganos identificados como circulatorio, respiratorio y digestivo. Es interesante reflexionar sobre el hecho de Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología 33 que estos sistemas, que en los animales grandes son tan fáciles de identificar, y llegan incluso a tener tamaños descomunales (piense por un momento en el tamaño que tendrán los pulmones o los estómagos de las ballenas o los elefantes), resuelven el problema de la conversión de materia en energía en el nivel microscópico: las células. La evolución biológica ha determinado que los mecanismos químicos básicos para la captación y aprovechamiento de la energía sean prácticamente iguales en todos los sistemas vivos, desde las bacterias hasta los mamíferos. Sin embargo, el mismo proceso evolutivo ha generado una gran diversidad de estructuras que permiten que se lleven a cabo esos mecanismos básicos. En los vertebrados en general, y en los mamíferos en particular, es donde estas estructuras llegan a su mayor complejidad diferenciándose en órganos y sistemas de órganos muy especializados. En esta unidad hemos estudiado a los sistemas de órganos relacionados con el metabolismo energético tomando al hombre como modelo. Nuestro afán ha sido el de explicar cómo se cubren las necesidades energéticas básicas de los sistemas vivientes. Por supuesto, no hemos agotado ni mucho menos este tema, ya que otros grupos de organismos muestran estructuras tal vez más simples, pero no por eso menos sorprendentes. Esperamos que estos conocimientos básicos le permitan, si es de su interés y/o necesidad, conocer más sobre los seres vivos. Por lo pronto, luego de realizar la Autoevaluación lo invitamos a sumergirse en la unidad siguiente. Allí, nuestra atención principal se centrará en los sistemas de órganos que contribuyen a crear un medio interno estable, eludiendo la presión desorganizadora del entorno. Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología 34 Bloque 3 Biología Autoevaluación de la Unidad 1 1. Entre los procesos que ocurren en el sistema digestivo, hay tres fundamentales que forman parte de la alimentación. Ellos son: ✓ Ingestión ✓ Digestión ✓ Egestión • Defina brevemente cada uno de estos procesos e indique en qué sector del tubo digestivo se llevan a cabo. 2. ¿Qué tipos de digestión conoce y cuáles son las características de cada tipo? 3. Lea atentamente la siguiente afirmación: La digestión química es una de las formas por las cuales se degradan los alimentos que ingresan al organismo. Este tipo de digestión ocurre solamente en el estómago, donde actúan diversos ácidos y enzimas. • ¿La considera correcta o incorrecta? Justifique su respuesta. 4. La absorción de los nutrientes se produce en el intestino delgado. Estos nutrientes llegan a todas las células del organismo asegurando que las mismas obtengan la materia y energía necesarias para llevar a cabo las funciones vitales. • Tomando como ejemplo a la glucosa, indique el recorrido de este nutriente y los procesos que “sufre” dicha sustancia desde el interior del tubo intestinal hasta su transformación en energía química, en las células cerebrales (neurona y células de la glía). 5. Es conocido el hecho de que, a medida que se incrementa la altura, la atmósfera se “enrarece”. Esto significa que la cantidad de gases presente en el aire es menor, y a los humanos esto nos afecta negativamente con síntomas conocidos como apunamiento o soroche o mal de las alturas. Este mal ocurre porque el ingreso de oxígeno al organismo se ve dificultado. Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología 35 • Teniendo en cuenta el mecanismo de difusión de los gases, explique por qué un descenso en la concentración de oxígeno en el aire dificulta su captación por el organismo. 6. Elabore un texto breve donde se expresen las diferencias entre la respiración mecánica o externa y la respiración celular o interna. 7. a. Haga un esquema donde se muestre la estrecha relación entre los alvéolos pulmonares y el sistema circulatorio. b. ¿Qué parte del proceso respiratorio ocurre a este nivel? c. ¿En qué otras zonas del organismo se da el mismo proceso? 8. Explique el papel de los siguientes músculos en el proceso respiratorio (respiración mecánica): • Diafragma • Músculos intercostales • Músculos abdominales 9. Observe el siguiente esquema de un dispositivo diseñado para simular algunos de los hechos que ocurren durante la respiración mecánica: Situación A Situación B Tubo de vidrio Frasco de vidrio sin fondo Membrana de goma relajada Globito desinflado Globito inflado Membrana de goma estirada Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología 36 a. Justifique por qué podemos considerar este modelo como adecuado para explicar la respiración mecánica, detallando qué parte del sistema respiratorio simula cada componente del dispositivo. b. Describa las situaciones A y B, y compárelas con el proceso de respiración mecánica que ocurre en el cuerpo humano. 10. Lea atentamente la siguiente afirmación: El oxígeno es esencial para la vida en la Tierra. Ningún organismo es capaz de sobrevivir sin su presencia. • ¿La considera correcta? Justifique su respuesta. 11. a. ¿En qué sentido es correcto decir que el sistema circulatorio integra las funciones de los sistemas digestivo y respiratorio? b. ¿A qué nivel se produce dicha integración para su aprovechamiento por parte del organismo? 12. Sobre los siguientes esquemas, represente las tres fases del ciclo cardíaco en los mamíferos. Utilice dos colores para diferenciar la sangre oxigenada de la carboxigenada, e indique con flechas la dirección del movimiento del fluido sanguíneo en cada fase del ciclo. Para ubicarse espacialmente en cuanto a la disposición del corazón, considere que la parte superior de los esquemas corresponden a la posición que ocupa la cabeza, y la inferior a las piernas. Fase 1 Fase 2 Fase 3 Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología 37 13. Defina las tres características más importantes del sistema circulatorio humano. Indique por qué estas características permiten una alta eficiencia en el intercambio de gases, nutrientes y desechos metabólicos. 14. El siguiente gráfico muestra la cantidad de oxígeno que se absorbe en la sangre y en el plasma sanguíneo. Curva 1 % de Oxígeno en el medio Curva 2 % de Oxígeno absorbido en el fluido a. ¿Cuál de las curvas corresponde al plasma sanguíneo y cuál a la sangre? Justifique su respuesta. b. Explique con el mayor detalle posible la causa de la diferencia entre ambas curvas. Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología 38 Bloque 3 Biología Respuestas a la Autoevaluación 1. Ingestión: es la incorporación de alimento. Se realiza a través de la boca. Digestión: es el proceso por el cual el alimento incorporado es transformado en moléculas más sencillas que ingresan al torrente sanguíneo y de allí se distribuyen a todo el organismo. Se realiza en la boca, el estómago y el intestino delgado. Egestión: es el proceso de eliminación de la parte de los alimentos que no puede ser aprovechada para proveer materia y energía al organismo. Tiene lugar en el intestino grueso (que se sudivide en colon ascendente, colon transverso, colon descendente y recto), donde se produce la materia fecal que es expulsada a través del ano. 2. Existen dos tipos básicos de digestión de los alimentos: La digestión mecánica, que equivale a una molienda y consiste en el fraccionamiento de los alimentos en partes más pequeñas, de forma tal que se favorece su deglución y la acción de los jugos digestivos. Este tipo de digestión ocurre en la boca por acción de los dientes; y en el resto del tubo digestivo, por los movimientos que imprime la capa muscular de las paredes del mismo (movimientos peristálticos). Los movimientos peristálticos colaboran en el desmenuzamiento de los alimentos por compresión. La digestión química es producida por las enzimas y ácidos presentes en la saliva y en los diferentes jugos digestivos (gástrico, pancreático e intestinal). Estos jugos actúan degradando químicamente los alimentos y transformándolos en sus constituyentes más simples, de forma tal que puedan ser aprovechados por el organismo para obtener de ellos la materia y energía necesarias para su subsistencia. 3. Esta frase es incorrecta ya que el proceso de degradación química de los alimentos ocurre no sólo en el estómago sino también en otras partes del sistema digestivo. Por ejemplo, en la boca, la saliva contiene enzimas que degradan los azúcares. Asimismo, en el intestino, los jugos intestinales contienen enzimas que degradan azúcares, lípidos y proteínas. Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología 39 4. En forma muy esquemática se puede sintetizar este recorrido de la siguiente manera: a - Difusión de la glucosa desde el intestino hacia los capilares sanguíneos. b- Transporte de la glucosa disuelta en el plasma sanguíneo a través de las arterias hasta el cerebro. c - Ingreso del plasma sanguíneo a los capilares sanguíneos que “tapizan” el tejido cerebral. d - Difusión de la glucosa desde el plasma sanguíneo hacia las neuronas y células de la glía, a través de la membrana plasmática de esas células. e - Ingreso al citoplasma celular y difusión desde éste hasta una mitocondria. f - Dentro de la mitocondria, combinación de la glucosa con el oxígeno y entrega de la energía almacenada en los enlaces entre carbonos. Esta energía se fija en forma de moléculas de ATP que “entregará” la energía para solventar los procesos metabólicos celulares que la requieran. Nota: La glucosa presente en el plasma sanguíneo puede ser aprovechada directamente por los tejidos o almacenada transitoriamente en forma de glucógeno en el hígado para su posterior utilización. 5. La difusión de los gases depende de su concentración a un lado y otro de las membranas biológicas. Cuanto mayor es la diferencia en las concentraciones, se ve más facilitada esta difusión. De esta forma, una alta concentración de oxígeno en el aire comparada con una menor concentración del oxígeno en la sangre, favorece su paso desde el aire hacia la sangre. Si disminuye mucho la concentración de oxígeno en el aire, la diferencia de concentraciones será menor y la difusión será más lenta. 6. La respiración mecánica o externa supone el ingreso de aire a los pulmones a través de las vías respiratorias. Este proceso se produce por acción de los músculos intercostales y el diafragma que, actuando conjunta y coordinadamente, “inflan” los pulmones. Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología 40 La respiración celular o interna es un proceso químico que ocurre en las mitocondrias (organelas celulares) y supone la combinación entre el oxígeno y la glucosa. A través de este proceso se libera la energía química contenida en los enlaces entre carbonos, y es aprovechada por la célula para cubrir las necesidades energéticas que demandan sus funciones metabólicas. 7. a. Esta ilustración ha sido tomada del libro de Barderi, M.G.; Cuniglio, F. y otros. Biología. Citología. Anatomía y Fisiología. Genética. Salud y enfermedades. Polimodal. Ed. Santillana, Bs. As., 2000. Alvéolo pulmonar. b. En este nivel ocurre la difusión del oxígeno contenido en el aire que está dentro de los alvéolos hacia el interior de los capilares sanguíneos, donde se incorporará a la hemoglobina presente en los glóbulos rojos. c. A nivel de los tejidos del organismo, donde el oxígeno abandonará la sangre y difundirá hacia el interior de las células. Una vez dentro del citoplasma celular, el oxígeno difundirá a través de la membrana mitocondrial hacia el interior de la mitocondria, donde reaccionará químicamente con la glucosa. 8. Diafragma: durante la inspiración se contrae descendiendo y, de esta forma, expandiendo la caja torácica. A través de este proceso se crea una diferencia de presión en el interior de la caja torácica que dilata los pulmones y fuerza la entrada de aire en los mismos. Músculos intercostales: se contraen colaborando con el diafragma en el aumento de volumen de la caja torácica y de esta forma con el “inflado” de los pulmones. Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología 41 Músculos abdominales: empujan el diafragma hacia arriba disminuyendo el volumen de la caja torácica y forzando la salida del aire contenido en los pulmones (espiración). 9. a. Este dispositivo puede considerarse un buen modelo para explicar cómo se produce la respiración mecánica, ya que su accionar se asemeja al de los mecanismos musculares que permiten el “inflado” y “desinflado” del pulmón por acción de los músculos del abdomen. Sin embargo, en el dispositivo no se considera el papel de los músculos intercostales. Los distintos componentes del dispositivo simulan: El tubo de vidrio, a las vías respiratorias. El globito en el extremo del tubo, a los pulmones. El frasco, a la caja torácica. La membrana de goma, al diafragma. b. Al hacer descender la membrana de goma (diafragma), disminuye la presión en la caja torácica (frasco de vidrio). Esta acción fuerza la entrada de aire al globito (pulmón) inflándolo. Al soltar la membrana de goma que simula el diafragma, aumenta la presión en el frasco y se fuerza la salida de aire del globito, desinflándolo. 10. Es incorrecta. Existen organismos llamados anaeróbicos que no sólo no utilizan el oxígeno para respirar sino que les resulta “venenoso”. Sin llegar a este extremo, muchos organismos (como los hongos llamados levaduras) respiran en ausencia de oxígeno a través de un proceso conocido como fermentación. La fermentación provee menos energía que la respiración aeróbica, pero suficiente para mantener las funciones vitales. 11. a. El sistema circulatorio es un integrador de las funciones de respiración y digestión porque a través de la sangre circulan los nutrientes que aportan los alimentos y el oxígeno necesario para extraer la energía química contenida en algunos de dichos nutrientes. Estos materiales son transportados por la sangre a todas las células del organismo, que los utiliza en el proceso de respiración celular y en la construcción de sus propios componentes. b. Se produce a nivel de los intestinos, donde son absorbidos los nutrientes contenidos en los alimentos e ingresados al torrente sanguíneo. Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología 42 12. Fase 1 Fase 2 Fase 3 Diástole Sístole auricular Sístole ventricular Sangre carboxigenada Sangre oxigenada 13. El sistema circulatorio humano es completo debido a que existen tabiques en el corazón que impiden la “mezcla” de la sangre oxigenada y carboxigenada. De esta forma, existen vasos (arterias y venas) por donde circula la sangre que contiene la máxima cantidad de oxígeno que es posible absorber; y otros por donde circula sangre con la mayor cantidad de dióxido de carbono. Como la difusión de un gas, desde el sistema circulatorio hacia los tejidos y desde los tejidos hacia el sistema circulatorio, depende de la diferencia de concentraciones del gas; cuanto más oxigenada esté la sangre, más oxígeno difundirá hacia los tejidos que lo requieran, y cuanto más carboxigenados estén los tejidos, más dióxido de carbono difundirá hacia la sangre. El resultado es una gran eficiencia del sistema circulatorio en entregar rápidamente grandes cantidades de oxígeno (materia prima de la respiración celular) a los tejidos, y en extraer de estos el dióxido de carbono (un producto de la respiración celular que el organismo debe desechar). El sistema circulatorio humano (como el de las aves y el resto de los mamíferos) es cerrado, porque la sangre nunca abandona los vasos sanguíneos. Es a nivel de los capilares sanguíneos donde se produce (a través de las paredes semipermeables de estos) el intercambio de nutrientes, gases y desechos metabólicos entre el sistema circulatorio y los tejidos corporales. Esto permite que la circulación sea continua y no se formen “lagunas” de sangre estacionada en los tejidos. Si esto ocurriera (como es característico en otros grupos de organismos), la eficiencia en el intercambio de gases y nutrientes entre los tejidos y la sangre sería mucho menor, ya que no se mantendría la diferencia en las concentraciones de nutrientes entre el fluido sanguíneo y las células. Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología 43 El sistema circulatorio es doble porque hay dos circuitos diferentes que se interconectan en el corazón: un circuito pulmonar o menor y otro tisular o mayor. Esto permite que durante la sístole ventricular ocurran dos procesos simultáneos: la sangre carboxigenada que ingresa al corazón proveniente de los tejidos es enviada inmediatamente a los pulmones a través del circuito menor, donde se descargará del dióxido de carbono y se cargará de oxígeno; paralelamente, la sangre que llega oxigenada de los pulmones es enviada por el circuito mayor a los tejidos asegurando un aporte de oxígeno a los mismos. 14. a. La curva 1 corresponde a la cantidad de oxígeno que se incorpora en la sangre; y la curva 2, a la que se incorpora a la fracción líquida de la sangre o plasma sanguíneo. Este hecho se justifica a partir del conocimiento de que la sangre es capaz de fijar una cantidad de oxígeno mucho mayor que el plasma sanguíneo o cualquier otro fluido. Como se mostró en el gráfico, para una misma cantidad de oxígeno en el medio, la sangre (curva 1) absorbe en todo momento mucho más oxígeno que el plasma (curva 2). b. La diferencia entre ambas curvas está dada por el hecho de que los glóbulos rojos o hematíes contienen una molécula llamada hemoglobina. La hemoglobina tiene una gran afinidad por el oxígeno y es capaz de fijar una gran cantidad de este gas. Esta cantidad supera enormemente al oxígeno que es capaz de disolverse en cualquier fluido. Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología 44 Orientaciones para estudiar con la bibliografía sugerida en esta unidad En el cuadro que aparece posteriormente le damos orientaciones para encontrar la información en la bibliografía sugerida, que le pueden ser de utilidad para resolver las actividades de esta unidad. En algunos casos le indicamos el capítulo del texto (en color); y en otros, el capítulo y un subtítulo, dentro de ese capítulo. De todas formas, le recordamos que Ud. puede encontrar esta información en la mayoría de los textos de estudio del tercer año del bachillerato común, y que para acceder a la misma, le sugerimos utilizar el índice general y/o temático o analítico del texto. Bibliografía sugerida I- Aljanati D.; Wolovelsky E.; Tambussi C. Biología III: “Los códigos de la vida”, Ediciones Colihue, Buenos Aires, 1997. II- Barderi M.; Cuniglio F.; Fernández E. y otros. Biología: “Citología, Anatomía y Fisiología. Genética, Salud y Enfermedad” , Editorial Santillana (Polimodal), Buenos Aires, 1998. III- Bocalandro N., Frid D., Socolovsky L, Biología I: “Biología humana y salud”, Editorial Estrada (Polimodal), 1999. IV- Lacreu L.; Rubel D.; Guahnon E., “Ciencias Biológicas 3”, Editorial Santillana, Buenos Aires, 1990. En el cuadro siguiente, los números romanos que aparecen indican el texto sugerido de la Bibliografía. ACTIVIDAD TEXTO CAPÍTULO O APARTADO ACTIVIDAD 2 I Células: las unidades básicas de la vida La célula eucariota II Células y biomoléculas: la vida en su mínima expresión Organelas de las células animal y vegetal III Las células Estructura celular IV La célula: unidad de los seres vivos Una nueva dimensión: la célula total II Multicelularidad y niveles de organización III Cómo funciona el organismo humano Los niveles de organización en el cuerpo humano ACTIVIDAD 3 Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología 45 ACTIVIDAD 3 ACTIVIDADES 6y7 IV I II III IV ACTIVIDADES 8y9 I II III IV ACTIVIDAD 12 I II III IV ACTIVIDADES 14 y 15 I II III IV ACTIVIDAD 17 I II III IV ACTIVIDAD 18 I II III IV ACTIVIDAD 21 II IV ACTIVIDAD 22 I II IV Las ciencias biológicas Los sistemas biológicos Fisiología humana Plasma y suero El sistema digestivo La digestión El sistema digestivo humano Nutrición: digestión Fisiología humana Los glóbulos rojos. La función respiratoria de la sangre El sistema respiratorio La respiración La nutrición: respiración El sistema respiratorio Fisiología celular La respiración celular Metabolismo celular Respiración aeróbica: un ejemplo de catabolismo Metabolismo celular Procesos catabólicos La célula: metabolismo y nutrición Las células necesitan energía Fisiología humana Los sistemas circulatorio y excretor La circulación Sistema circulatorio La nutrición: circulación La multicelularidad De células a sistemas de órganos Multicelularidad y niveles de organización Tejidos: muchas células y diferentes células Cómo funciona el cuerpo humano Tipos de tejidos La multicelularidad Les presentamos a los tejidos Fisiología humana Los sistemas circulatorio y excretor La circulación Los componentes de la sangre La nutrición: circulación El sistema respiratorio La respiración en los seres vivos La nutrición: respiración Variaciones sobre un mismo tema Fisiología Humana La revolución fisiológica de W. Harvey Los sistemas circulatorio y excretor El sistema circulatorio en los vertebrados y en el ser humano La nutrición: circulación Variaciones sobre un mismo tema Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología - Biología 46
