Biología II. segundo de media.

Unidad: Procesos Vitales en Plantas y animales.

Tema: Nutrición en plantas y

animales

Nutrición

autótrofos

heterótrofos

fotosintéticos quimiosintéticos

Luz solar

A través A través

Reacciones Oxido – Reducción

Por la forma de alimentarse

Por la forma de Ingerirlos

holozoicos

saprófitos

simbióticosparásitos

Carnívoros Herbívoros Omnívoros

Endoparásito

Ectoparásito

Hiperparásito

chupadores

lamedores

masticadores

filtradores

En cualquier sistema vivo el intercambio de energía ocurren a través de miles de reacciones químicas diferentes, muchas de las cuales se producen simultáneamente. La suma de todas estas reacciones se conoce como metabolismo (del griego metabole, que significa "cambio"). Si nos limitáramos meramente a enumerar la lista de las reacciones químicas individuales, sería difícil. Hoy conocemos dos principios básicos.

Primero, virtualmente todas las reacciones químicas que tienen lugar en una célula involucran enzimas, grandes moléculas de proteína que desempeñan papeles muy específicos.

Metabolismo

Segundo, estas reacciones se agrupan en una serie ordenada de pasos, que comúnmente se llama vía; una vía puede tener una docena o más de reacciones o pasos secuenciales. Cada vía sirve a una función vital de la célula o del organismo. Más aun, ciertas vías tienen muchos pasos en común, por ejemplo, las que están vinculadas con la síntesis de los aminoácidos o de las distintas bases nitrogenadas. Algunas vías convergen; por ejemplo, la vía por la cual se degradan las grasas para producir energía conduce a la vía por la cual se degrada la glucosa para producir energía.

La mayor parte del metabolismo es notablemente similar aun en los organismos más diversos; las diferencias en muchas de las vías metabólicas de los seres humanos, los arboles, los hongos y las medusas son muy leves. Algunas vías, por ejemplo la glucólisis y la respiración están en casi todos los sistemas vivos.

El total de las reacciones químicas involucradas en la síntesis es decir construcción de macromoléculas a partir de micromoléculas se llama Anabolismo. Las células también están constantemente involucradas en la ruptura de macromoléculas y la extracción de micromoléculas; estas actividades se conocen colectivamente como catabolismo. El catabolismo cumple con dos propósitos:

1. Liberar la energía que será usada por el anabolismo y otros trabajos de la célula

2. Suministrar la materia prima que será usada en los procesos anabólicos.

Metabolismo

Se conoce como nutrición al proceso biológico a partir del cual el organismo asimila los nutrientes y los líquidos necesarios para el crecimiento, funcionamiento y mantenimiento de las funciones vitales. La principal función de la nutrición es producir energía y conseguir los componentes que forman las estructuras orgánicas.

La nutrición puede ser de dos tipos:

Autótrofa

Heterótrofa

Las células que tienen nutrición autótrofa fabrican materia orgánica propia a partir de materia inorgánica sencilla. Para realizar esta transformación, obtienen energía de la luz procedente del Sol o por medio de reacciones químicas.

Existen dos tipos de organismos autótrofos. o Los fotosintéticos. o Los quimiosintéticos.

La nutrición autótrofa comprende tres fases: 1. El paso de membrana, 2. El metabolismo 3. La excreción.

1) Paso de membrana: Es el proceso en el cual las moléculas inorgánicas sencillas, agua, sales minerales y dióxido de carbono, atraviesan la membrana celular por absorción directa, sin gasto de energía por parte de la célula.

2) Metabolismo: Es el conjunto de reacciones químicas que tienen lugar en el citoplasma celular, y cuyos resultados son la obtención de energía bioquímica utilizable por la célula y la fabricación de materia celular propia.

3) Excreción: Es la eliminación, a través de la membrana celular, de los productos de desecho procedentes del metabolismo.

El metabolismo presenta tres fases:

La fotosíntesis, es el proceso en el que se elabora materia orgánica, como los azúcares, a partir de materia inorgánica, como el agua, dióxido de carbono y sales minerales. Para realizar esta reacción química se requiere la energía bioquímica que la clorofila produce a partir de la energía solar.

La fotosíntesis tiene lugar en los cloroplastos de las células vegetales, Además de las células vegetales, ciertas bacterias y algas son capaces de realizar la fotosíntesis. y su reacción general es:

luz solarCO2 + H2O + sales minerales ----------> C6H12O6+ O2

El anabolismo o fase de construcción, en la que, utilizando la energía bioquímica procedente de la fotosíntesis y del catabolismo, se sintetizan grandes moléculas ricas en energía.

El catabolismo o fase de destrucción, en la que, mediante la respiración celular que tiene lugar en las mitocondrias, la materia orgánica es oxidada, obteniéndose energía bioquímica.

glucosa

FOTOSINTESIS

RESPIRACION

co2

o2H2O

SALES MINERALES

o2 co2

FOTOSINTESISNOCHE

Respiración

DIAPredominio fotosíntesis

Macroelementos:N, P, K, Ca, Mg, S

Microelementos:Fe, Mn, Cu, Zr, B, Mo

DIOXIDO DE CARBONO

OXIGENO

AGUA

Los Mecanismos de la fotosíntesis La unidad estructural de la fotosíntesis en los

eucariotas fotosintéticos es el cloroplasto. Dentro del cloroplasto se encuentran las membranas tilacoides, una serie de membranas internas que contienen los pigmentos fotosintéticos. Cada tilacoide tiene habitualmente la forma de un saco aplanado o vesícula y los estromas.

Los tejidos internos de la hoja están completamente encerrados por células epidérmicas transparentes, cubiertas con una capa cerosa, la cutícula. Los estomas son aberturas especiales a través de las cuales entran en la hoja el oxígeno, el dióxido de carbono y otros gases. Los gases y el vapor de agua llenan los espacios existentes entre las células de la capa esponjosa, entrando y saliendo de las células por difusión.

El agua, absorbida por las raíces, entra en la hoja por medio de los vasos del xilema del haz conductor, en tanto que los azúcares, producto de la fotosíntesis, dejan la hoja a través de un tejido conductor conocido como floema, viajando a otras partes de la planta, entre ellas, los órganos no fotosintetizantes. La mayor parte de la fotosíntesis se realiza en las células del parénquima en empalizada, células alargadas que se encuentran directamente por debajo de la epidermis superior y que constituyen el mesófilo. Tienen una vacuola central grande y numerosos cloroplastos que se mueven dentro de la célula, orientándose con respecto a la luz. La luz es capturada en las membranas de los tilacoides, dentro de los cloroplastos.

Estromas

Tilacoides

Granna

Lamelas o Tilacoides del Estroma

Membrana Externa

Membrana InternaEspacio intermembranal

ADN cloroplástico

Plastoglóbulo Plastoribosoma

Membrana del Tilacoide

Espacio Intratilacoidal

Los pigmentos que intervienen en la fotosíntesis de los eucariotas incluyen las clorofilas y los carotenoides. Diferentes grupos de plantas y algas usan varios pigmentos en la fotosíntesis. Hay varios tipos diferentes de clorofila que varían ligeramente en su estructura molecular.

En las plantas, la clorofila A es el pigmento involucrado directamente en la transformación de la energía lumínica en química. La mayoría de las células fotosintéticas también contienen un segundo tipo que es la clorofila B.

Con respecto a los carotenoides, uno de los que se encuentran en las plantas es el beta-caroteno. Los carotenoides son pigmentos rojos, anaranjados o amarillos. En las hojas verdes su color está enmascarado por las clorofilas, que son más abundantes. En algunos tejidos, sin embargo, como los del tomate maduro, predominan los colores reflejados por los carotenoides. Lo mismo ocurre en las células foliares cuando dejan de sintetizar clorofila en el otoño.

La luz absorbida por los pigmentos lanza los electrones a niveles energéticos más altos. Dada la forma en que los pigmentos están compactados en las membranas, son capaces de transferir su energía a moléculas reactivas de clorofila a, empaquetadas en una forma particular.

Para que la energía lumínica pueda ser usada por los sistemas vivos, primero debe ser absorbida. Aquí entran en juego los pigmentos. Un pigmento es cualquier sustancia que absorbe luz. Algunos pigmentos absorben luz de todas las longitudes de onda y, por lo tanto, parecen negros. Otros solamente absorben ciertas longitudes de onda, transmitiendo o reflejando las longitudes de onda que no absorben.

La evidencia de que la fotosíntesis puede ser influenciada por distintos factores llevó a distinguir dos etapas, una dependiente de la luz, la etapa llamada de reacciones "lumínicas", y una etapa enzimática, independiente de la luz, las reacciones "oscuras".

Los términos reacciones "lumínicas" y "oscuras" han creado mucha confusión pues, aunque las reacciones "oscuras" no requieren de la luz como tal, sino solamente de los productos químicos de las reacciones "lumínicas", pueden ocurrir tanto en la luz como en la oscuridad. Más aun, trabajos recientes han mostrado que varias enzimas que controlan reacciones "oscuras" claves son reguladas indirectamente por la luz. Como resultado, estos términos han caído en desuso y están siendo reemplazados por vocablos que describen más precisamente los procesos que ocurren durante cada etapa de la fotosíntesis: las reacciones que capturan energía y las reacciones de fijación del carbono.

LAS ETAPAS DE LA FOTOSÍNTESIS

Fotosistema I

P ADP ATP+

NADPH

NADP+ H+

Aceptor primario de electrones

Aceptor primario de electrones

Niv

eld

e E

nerg

ía

Molécula de pigmento en la

antena

Moléculareactiva de clorofila a

(P680)

Moléculareactiva de clorofila a

(P700)

Molécula de pigmento en la

antena

Energía de la luz

Energía de la luz

H2

O2H+ ½ O2

+

2e-

2e-

2e-

2e-

2e-

2e-

2e- 2e

-

2e-

A la reacciones fijación del

carbono en el estroma

Fotosistema II

Ciclo de

Calvin

La energía lumínica incide sobre pigmentos antena del Fotosistema II, que contiene algunos cientos de moléculas de clorofila, a y b. Los electrones son lanzados cuesta arriba desde la molécula reactiva P680 de la clorofila a a un aceptor de electrones primario. Cuando se eliminan los electrones, ellos son reemplazados por electrones de las moléculas de agua, con la producción simultánea de O2 libre y protones (iones H+).

Luego, los electrones pasan cuesta abajo al Fotosistema I a lo largo de una cadena de transportadores de electrones; este pasaje genera un gradiente de protones que impulsa la síntesis de ATP a partir de ADP, proceso denominado fotofosforilación. La energía lumínica absorbida en los pigmentos antena del Fotosistema I y transferida a la clorofila P700 da como resultado que se lancen electrones hacia otro aceptor primario de electrones. Los electrones eliminados del P700 son reemplazados por electrones del Fotosistema II y son finalmente aceptados por el transportador de electrones NADP+. La energía proveniente de esta secuencia de reacciones está contenida en las moléculas de NADPH y en el ATP formado por fotofosforilación.

2e-

La fotofosforilación también ocurre como resultado del flujo cíclico de electrones, proceso en el que no participa el Fotosistema II. En el flujo cíclico de electrones, los electrones lanzados desde el P700 en el Fotosistema I no pasan al NADP+, sino que son desviados a la cadena de transporte de electrones que une al Fotosistema II con el Fotosistema I. A medida que fluyen a lo largo de esta cadena, nuevamente al P700, el ADP se fosfórila a ATP.

En un proceso quimiosmótico, como la fotofosforilación que ocurre en los cloroplastos, a medida que los electrones fluyen en la cadena de transporte de electrones desde el Fotosistema II al Fotosistema I, los protones son bombeados desde el estroma al espacio tilacoide, creando un gradiente electroquímico. A medida que los protones fluyen a favor de este gradiente desde el espacio tilacoide nuevamente al estroma, pasando a través de los complejos de ATP sintetasa, se forma ATP. Al igual que la fosforilación oxidativa en las mitocondrias, la fotofosforilación en los cloroplastos es un proceso de acoplamiento quimiosmótico.

En este proceso, los electrones de la molécula reactiva de clorofila a del Fotosistema II son impulsados a niveles energéticos superiores por la luz solar. A medida que descienden por una cadena de transportadores de electrones hacia la molécula reactiva de clorofila a del Fotosistema I, la energía que liberan es empleada para bombear protones (H+).

Los protones se bombean desde el estroma al espacio tilacoidal. Esto crea un gradiente electroquímico. Cuando los protones se mueven a favor del gradiente a través del complejo de la ATP sintetasa, desde el espacio tilacoidal al estroma del cloroplasto, el ADP se fosfórila a ATP.

Se combinan seis moléculas de ribulosabifosfato (RuBP), un compuesto de cinco carbonos, con seis moléculas de dióxido de carbono, produciendo seis moléculas de un intermediario inestable que pronto se escinde en doce moléculas defosfoglicerato, un compuesto de tres carbonos

Estos últimos se reducen por efecto del ATP y NADPH a doce moléculas de gliceraldehído fosfato

Diez de estas moléculas de tres carbonos se combinan y se regeneran para formar seis moléculas de cinco carbonos de RuBP. Las dos moléculas "extra" de gliceraldehído fosfatorepresentan la ganancia neta del ciclo de Calvin La energía que impulsa al

ciclo de Calvin son el ATP y el NADPH producidos por las reacciones de captura de energía en la primera etapa de la fotosíntesis.

El gliceraldehído fosfato puede ser utilizado como material de partida para otros compuestos orgánicos necesarios para la célula

En las llamadas plantas C4, la enzima PEP carboxilasa une primero el dióxido de carbono al fosfoenol piruvato (PEP) para formar un compuesto de cuatro carbonos. El dióxido de carbono, así incorporado, atraviesa una serie de reacciones químicas y pasa a niveles más profundos dentro de la hoja, donde finalmente ingresa en el ciclo de Calvin. Aunque las plantas C4 gastan más energía para fijar carbono, en ciertas condiciones su eficiencia fotosintética neta puede ser superior a la de las plantas C3 descriptas anteriormente debido a ciertas características clave que diferencian a las enzimas RuBP carboxilasa(presente tanto en las plantas C3 como en las C4) y PEP carboxilasa (presente en las C4). En las plantas CAM (palabra que alude al metabolismo ácido de las crasuláceas o fotosíntesis CAM), la asimilación del CO2 tiene lugar de noche, cuando a pesar de estar abiertos los estomas, la pérdida de agua debida a la transpiración es mínima.

Un ejemplo de un mecanismo que permiten fijar CO2 minimizando la pérdida de agua: Vía para la fijación del carbono en las plantas C4. El CO2 se fija primero en las células del mesófilo § como ácido oxaloacético. Luego es transportado a las células de la vaina, donde se libera dióxido de carbono. El CO2 así formado entra en el ciclo de Calvin. El ácido pirúvico regresa a la célula del mesófilo, donde es fosforilado a PEP.

En ausencia de abundante oxígeno, la RuBPcarboxilasa -presente tanto en las plantas C3 como en las C4- fija dióxido de carbono eficientemente, integrándolo al ciclo de Calvin. Sin embargo, cuando la concentración de dióxido de carbono de la hoja es baja en relación con la concentración de oxígeno, esta misma enzima cataliza la reacción de la RuBP con el oxígeno antes que con el dióxido de carbono. Esta reacción lleva a la formación de ácido glicólico, el sustrato para un proceso conocido como fotorrespiración. El ácido glicólico sale de los cloroplastos y entra en los peroxisomas de las células fotosintéticas. Allí, se oxida y, a través de ciertas reacciones químicas, se forman peróxido de hidrógeno y el aminoácido glicina. Dos moléculas de glicina así producidas son transportadas a las mitocondrias. Allí se transforman en una molécula de serina (otro aminoácido), una de dióxido de carbono y una de amoníaco. Este proceso, pues, conduce no ya a la fijación sino a la pérdida de una molécula de dióxido de carbono. No obstante, a diferencia de la respiración mitocondrial propiamente dicha, la fotorrespiración no produce ATP ni NADH. En condiciones atmosféricas normales, hasta el 50% del carbono fijado durante la fotosíntesis puede ser reoxidado a CO2 durante la fotorrespiración. Así, la fotorrespiración reduce en gran medida la eficiencia fotosintética de algunas plantas.

La fotorrespiración es un proceso en el cual la ribulosa fosfato se combina con oxígeno dando como resultado final -después de varios pasos que implican a los cloroplastos, peroxisomas y mitocondrias- la liberación de dióxido de carbono. La fotorrespiración es muy limitada en las plantas C4 y, en condiciones de luz solar intensa, elevadas temperaturas o sequía, las plantas C4 son más eficientes que las C3.

Los animales necesitan alimentos elaborados por otros organismos para nutrirse y que transforman para obtener nutrientes y utilizar la energía que contienen.

El proceso de alimentación en los heterótrofos tiene cuatro etapas:

1. Ingestión: proceso de incorporación del alimento desde el exterior.

2. Digestión: transformación de los alimentos en nutrientes por medio del metabolismo orgánico y celular.

3. Absorción: paso de los nutrientes del aparato digestivo a la sangre o fluido circulante y acarreo a las células.

4. Egestión: Eliminación de los desechos del metabolismo del aparato digestivo, por medio de la formación de heces fecales y expulsados al exterior.

En los organismos heterótrofos se pueden distinguir dos tipos de aparatos digestivos:

1. La cavidad gástrica: Es una especie de saco tapizado con células. Regularmente tienen un único orificio de entrada y salida llamado ósculo, que le sirve a su vez como boca y ano. Es común en animales con digestión intracelular como los pólipos y esponjas.

2. Tubo digestivo: Es un tubo mas o menos largo, que comienza con la boca y termina en un ano. A lo largo de este tubo se distinguen regiones que realizan misiones digestivas especificas que están adaptadas al tipo de alimentación del animal.

Las Esponjas:

Para capturar el alimento producen corrientes de agua a través de sus numerosos poros (ostiolos), lo que le aporta pequeñas partículas de alimentos. Poseen unas células llamadas coanocitos, dispuestas a modo de tapiz en la parte interior del cuerpo, encargadas de realizar la digestión intracelular.

Los Cnidarios:

Los celentéreos capturan sus presas vivas con ayuda de sus tentáculos que rodean su boca. Poseen unas células llamadas cnidoblastos, con un liquido que inyectan a la presa para su captura. Después, la presa es introducida en la cavidad gastrovascular por una única abertura, que funciona de boca y de ano.

Los Artrópodos:

Los artrópodos presentan digestión externa. En los insectos, el aparato digestivo comienza con la boca, con apéndices bucales. A continuación esta el esófago, con una dilatación, llamada buche, donde los alimentos son mezclados con la saliva antes de pasar a la molleja, donde se trituran. Sigue el intestino donde se absorben los nutrientes y por ultimo, el ano.

Los Moluscos:

poseen digestión extracelular. Esta tiene lugar en un tubo digestivo provisto de boca y ano. Los gasterópodos presentan glándula llamada hepatopáncreas, que segrega enzimas que colaboran en el proceso digestivo. Los vívalos son filtradores y se nutren de partículas alimenticias que penetran con la corriente de agua que llega a su cuerpo.

Molusco Gasteropodo

Las Aves:

Posen una boca, tráquea y esófago que desembocan en un buche o bolsa que almacena y remoja el alimento, que se comunica con la molleja, donde se trituran los alimentos, allí convergen el hígado, páncreas y vesícula biliar, el tubo se extiende a un intestino que desemboca en la cloaca.

Los mamíferos rumiantes:

Los rumiantes pasan todo el día tragando alimento almacenándolo en un estomago llamado panza o abomaso y en la noche lo regurgitan y empiezan a masticar, este es enviado a un segundo estomago llamado redecilla, luego a otro llamado libro y por ultimo a uno llamado cuajar. La digestión de estos herbívoros esta ayudada por un gran numero de bacterias que fermentan la celulosa y libera el contenido nutricio de las células vegetales. Tienen hígado, vesícula, páncreas e intestino.

Los Reptiles:

Los peces:

Holozoicos: se alimentan de materia orgánica fresca para ser digerida. Ej. Carnívoros, herbívoros, omnívoros.

Saprofitos: se alimentan de materia orgánica en descomposición, es decir descomponen los restos. Ej. Hongos, gusanos y bacterias

Parásitos: se alimentan de sustancias nutritivas ya digeridas por otros es decir viven a expensas de su hospedero. Existen 3 tipos.

o Ectoparásito: parasito que vive sobre su hospedero. Ej. Piojos, mosquitos, garrapatas entre otros.

o Endoparásito: parasito que vive dentro de otro organismo hospedero. Ej. Lombrices intestinales, tenias o solitarias.

o Hiperparásito: parasito de otro parasito. Eje. El plasmodium que causa el dengue.

Simbiótico: se asocian en un mutualismo nutricional en el cual uno ofrece su capacidad nutria al otro. Ej. Los líquenes.

Chupadores o seccionadores: se alimentan traspasando la pared epitelial de otro organismo. Ej. Mosquitos, piojos, garrapatas, pulgas, etc..

Lamedores : se alimentan lamiendo fluidos disueltos, sin traspasar ninguna pared epitelial. La mariposa, la mosca, colibríes, abejas.

Filtradores: se alimentan filtrando el agua del medio en que viven y atrapando las moléculas nutritivas disueltas en el. Ej. Moluscos bivaldos, esponjas, erizos y estrellas de mar.

Mistificadores o trituradores: poseen mandíbulas y dientes, capaces de cortar, moler y triturar el alimento. Ej. herbívoros, carnívoros y omnívoros.