Nutrición en los seres vivos: procesos, transporte y fotosíntesis

T.9: Nutrición:

La nutrición es el conjunto de procesos por los cuales un organismo intercambia materia y energía con su medio.

Según el tipo de nutrición, se distinguen:

• Autótrofos: utilizan la materia inorgánica del medio para elaborar su materia orgánica. Según la fuente de energía que utilizan:
  • Fotosintéticos: obtienen energía de la luz (algas, plantas).
  • Quimiosintéticos: obtienen energía liberada durante la oxidación (algunas bacterias).
• Heterótrofos: su fuente de energía son los compuestos orgánicos elaborados por otros organismos. La energía la obtienen al degradar estos compuestos. Son animales, hongos y bacterias.

Procesos de la nutrición

Ingestión de la materia

Los animales incorporan la materia orgánica por medio de alimentos, de los que extraen los nutrientes necesarios. En las plantas se incorpora materia inorgánica, que va a las células por absorción.

Digestión del alimento

En los animales consiste en la degradación de moléculas orgánicas para transformarlas en pequeñas moléculas que puedan atravesar las membranas celulares (aparato digestivo).

Intercambio de gases

Intercambio de oxígeno y dióxido de carbono con el aparato respiratorio.

Transporte

Proceso de distribución de los nutrientes a través del aparato circulatorio.

Metabolismo

Las sustancias se transforman químicamente para liberar energía y se transforman en sustancias aprovechables para las células.

Excreción

Las sustancias de desecho producidas por el metabolismo son eliminadas al exterior por el aparato excretor.

Incorporación de nutrientes

• De organización talofítica (algas): toman nutrientes del medio a través de la membrana de la célula. No tienen órganos que absorban y transporten.
• De organización cormofítica (plantas superiores): tienen estructuras adaptadas a la absorción y transporte en el medio terrestre, que son:
  • Raíz: absorbe los compuestos inorgánicos para la fotosíntesis.
  • Hojas: donde los compuestos inorgánicos se transforman en compuestos orgánicos.
  • Tallo: por él circulan los compuestos inorgánicos desde las raíces a las hojas y los productos de la fotosíntesis desde las hojas a toda la planta.

Incorporación de agua y sales minerales

Estos se incorporan a la planta a través de los pelos radicales, que incrementan la superficie de contacto con el suelo.

• El agua penetra por la raíz por ósmosis.
• Las sales minerales penetran por un sistema de transporte activo que requiere gasto de energía y se efectúa por medio de las proteínas transportadoras.

Estructura interna de la raíz

Presenta varias capas:

• Epidermis: cubre la superficie de las raíces jóvenes, absorbe agua y sales minerales del suelo y protege los tejidos interiores.
• Corteza: ocupa casi toda la raíz, formada por:
  • Parénquima cortical: células parenquimáticas con mucho espacio entre ellas.
  • Endodermis: capa más interna del parénquima cortical, sin espacios entre las células. Las células tienen engrosamiento de suberina impermeable, formando la banda de Caspary, que impide el paso libre del agua.
• Periciclo: situado dentro de la endodermis, es una capa de células que da origen a las raíces laterales.
• Cilindro vascular: formado por el floema (vasos liberianos) y el xilema (vasos leñosos). La raíz fija firmemente la planta al suelo y almacena sustancias de reserva.

Transporte de savia bruta

La savia bruta debe subir por el xilema, formado por vasos leñosos constituidos por células alargadas, dispuestas en fila, que mueren al completar su desarrollo y que han perdido las paredes que las separaban, formando un largo tubo hueco, por el tallo de la planta hasta llegar a las hojas.

Mecanismo de tensión-adhesión-cohesión

Son los fenómenos físicos que producen el ascenso de la savia bruta. Los procesos son:

• Presión radicular: esta presión la ejercen las moléculas de agua por la raíz, y actúa con la savia bruta hasta un 100 % por el tallo.
• Transpiración: es la fuerza aspirante de las hojas que consiste en la pérdida de agua por evaporación. Gracias a esta se produce una fuerza capaz de absorber el agua en la raíz y conducirla por el xilema a las hojas.
• Tensión-cohesión: las moléculas de agua, al ser dipolos, forman puentes de hidrógeno que facilitan la subida del agua.

Intercambio de gases

Las plantas necesitan oxígeno atmosférico para la respiración celular y eliminan dióxido de carbono para fabricar moléculas orgánicas. La entrada se realiza por:

• Estomas: vía más importante. Casi todo el oxígeno y el dióxido de carbono entra por ellos, se disuelven en el agua y se transportan por el floema.
• Pelos radicales: son la vía de entrada a los gases que están disueltos en el agua que se absorbe del suelo.
• Lenticelas: aberturas que se encuentran en las partes de los tallos leñosos.

Mecanismo de apertura y cierre de estomas

Se debe a los cambios de turgencia de las células oclusivas que los forman. Estos cambios están condicionados por factores como:

• Concentración de iones potasio: es fundamental en la regulación de la apertura y cierre de los estomas.
• Luz: los estomas se abren durante el día y se cierran por la noche para evitar la pérdida de agua.
• Temperatura: afecta al cierre y apertura de los estomas al alcanzar valores altos, por encima de los 35 °C.

Captación de luz

Estructura de las hojas

Las hojas permiten realizar la fotosíntesis. Son finas, alargadas y numerosas, y están formadas por dos tejidos:

• Parénquima: formado por células con cloroplastos. Son más abundantes en el parénquima en empalizada que en el lagunar.
• Tejidos conductores: se encargan del transporte. Se componen de xilema (vasos leñosos) y floema (vasos liberianos). Ambos forman una densa red de nervios que cubre la hoja entera.

Importancia de la fotosíntesis

Se realiza en los cloroplastos, donde están los pigmentos que absorben la energía lumínica del sol. Es un proceso anabólico muy importante, durante el cual:

• Se transforma la materia inorgánica en materia orgánica.
• Se transforma la energía lumínica en energía química.
• El oxígeno se libera como producto residual.

Savia elaborada

Durante la fotosíntesis, la savia bruta se convierte en savia elaborada, formada por azúcares (sacarosa), aminoácidos y otras sustancias nitrogenadas. El proceso de transportarla se llama translocación. La savia elaborada va desde las fuentes (hojas) a los sumideros, que pueden actuar como fuentes (patata).

Otras formas de nutrición

• Plantas simbiontes: viven asociadas en dos tipos de relación: rizobios (nódulos radiculares) y micorrizas (hifas).
• Plantas parásitas: pueden ser fotosintéticas (con haustorios) o no fotosintéticas.
• Plantas carnívoras.

Destino de la materia orgánica

La obtención de materia y energía a través de transformaciones químicas es el metabolismo, resultado de la interacción del anabolismo y el catabolismo.

• Anabolismo: agrupa todas las reacciones químicas en las que se elaboran sustancias complejas. El principal proceso es la fotosíntesis, mediante la cual se sintetizan almidón (sustancia de reserva por excelencia de los vegetales, formada a partir de azúcares sencillos, que engrosa lugares de la planta), celulosa (pared celular), proteínas (parte de membranas), lípidos (construcción de membranas celulares), enzimas, etc. Nos alimentamos con: patata (tallo subterráneo), caña de azúcar (gramínea), remolacha (raíz), trigo y arroz (semillas).
• Catabolismo: conjunto de reacciones químicas en las que se degradan los compuestos orgánicos complejos en otros más sencillos. Su principal proceso es la respiración celular, que tiene lugar de día y de noche. Con la energía obtenida se realizan las funciones vitales. Las células pueden transformar grasas en glúcidos en las plantas oleaginosas (girasol, olivo).

T.10: Nutrición humana y procesos del aparato digestivo

Proceso digestivo: agrupa las transformaciones que sufren los alimentos en el aparato digestivo. Etapas: ingestión, digestión, absorción y egestión.

Aparatos implicados en la nutrición: digestivo, circulatorio, respiratorio y excretor.

Modelos de aparatos digestivos

Existen dos modelos:

• Cavidad gastrovascular: ocupa el centro del animal y se comunica con el exterior mediante una abertura que actúa de boca y ano (cnidarios, algunos platelmintos).
• Tubo digestivo: con dos aberturas, boca y ano. Tiene diferentes características según su alimentación (casi todos los invertebrados y vertebrados).

Aparato digestivo de algunos invertebrados

Tienen en común: tubo, boca, faringe, esófago, estómago e intestino. Cada grupo tiene estructuras especializadas:

• Anélidos: buche y molleja (poliquetos).
• Moluscos: hepatopáncreas, que segrega enzimas digestivas.
• Equinodermos: boca con forma de linterna de Aristóteles.
• Artrópodos: en la boca tienen glándulas salivales (insectos).

Aparato digestivo de vertebrados

Está formado por un tubo digestivo y glándulas anexas. El tubo presenta paredes musculosas, regiones diferenciadas, longitud grande y presencia de glándulas. Las glándulas anexas son: salivales, páncreas e hígado.

Tipos de ingestión del alimento

• Ingestión pasiva: se da en animales acuáticos (inmóviles). Intervienen estructuras como los epitelios ciliados, formados por cilios y flagelos que facilitan la ingestión del alimento (esponjas con células flageladas, moluscos bivalvos con branquias ciliadas).
• Ingestión activa: el animal se mueve y posee órganos adaptados a la captura y sujeción del alimento:
  • Rádula (moluscos): mucosas pequeños dientes.
  • Tentáculos (cefalópodos).
  • Apéndices bucales (artrópodos).
  • Dientes (vertebrados); aves con pico.

Tipos de digestión

Según el lugar donde se realice puede ser:

• Digestión intracelular (esponjas): las partículas alimenticias son englobadas por una vesícula en el interior de la célula. Los lisosomas vierten enzimas que forman una vacuola digestiva en la que se realizará la digestión. Al degradarse, son expulsadas por una vacuola fecal.
• Digestión mixta: tiene dos etapas, intracelular y extracelular (cnidarios, platelmintos).
• Digestión extracelular: se forma en el tubo digestivo y tiene dos transformaciones: mecánicas y químicas.

Digestión en humanos

• Digestión en la boca: se inicia en la boca. Es mecánica, se produce con los dientes (trituración). Es química, se produce con la saliva (insalivación) producida por las glándulas salivales (parótidas, submaxilares, sublinguales). La saliva contiene mucina, agua y amilasa. Con la deglución, el bolo alimenticio es empujado por la lengua hacia la faringe y el estómago con movimientos peristálticos.
• Digestión gástrica: se produce en el estómago y tiene dos fases: mecánica, que se produce con la contracción de las paredes estomacales, y química, que se realiza con el jugo gástrico (agua, mucina, ClH, pepsina). Estas dos fases dan lugar al quimo.
• Digestión intestinal: se completa en el intestino, que está formado por dos partes:
  • Intestino delgado: está formado por el duodeno, donde se vierte el jugo pancreático, que contiene amilasa y proteasa que degradan los azúcares y proteínas, y donde se vierte la bilis del hígado (ácidos biliares y pigmentos biliares), y el jugo intestinal, que contiene maltasa, sacarasa, lactasa, lipasa, peptidasa y enterocinasa. Tras estas secreciones, el quimo se transforma en quilo y atraviesa el yeyuno e íleon, donde se absorben los nutrientes e incorporan al aparato circulatorio. Los monosacáridos pasan a las células sanguíneas y los ácidos grasos y la glicerina pasan por los vasos linfáticos.
  • Intestino grueso: en él, las sustancias no digeridas forman las heces fecales, que recorren el recto hasta llegar al ano y ser expulsadas.

Transporte de nutrientes

Aparato circulatorio

Reparte los nutrientes y el oxígeno a las células. Está formado por:

• Líquido de transporte: en los invertebrados es la hidrolinfa (equinodermos) y la hemolinfa (moluscos, crustáceos); en los vertebrados, la sangre (hemoglobina) y la linfa.
• Vasos sanguíneos: son arterias (salen del corazón), venas (llegan al corazón) y capilares (entre arterias y venas).
• Corazón: puede ser tubular, accesorio o tabicado (aurículas y ventrículos).

Tipos de aparatos circulatorios

• Abierto: la sangre sale de los vasos y forma senos y lagunas (moluscos bivalvos, gasterópodos).
• Cerrado: la sangre no sale de los vasos (vertebrados, moluscos cefalópodos y anélidos). Pueden ser simples, con un circuito completo, donde no se mezcla la sangre (peces); o dobles, con dos circuitos incompletos, donde se mezcla la sangre (anfibios, reptiles inferiores), y dobles completos, donde no se mezcla la sangre (cocodrilos, aves, mamíferos).

Ciclo cardíaco

Consta de contracción (sístole) y relajación (diástole):

1. Sístole auricular (diástole ventricular): cada 0,8 segundos hay un impulso cardíaco. Las aurículas se contraen y la sangre sale de ellas por las válvulas bicúspide y tricúspide, pasando a los ventrículos dilatados.
2. Sístole ventricular (diástole auricular): los ventrículos se contraen y la sangre pasa a las arterias aorta y pulmonar.
3. Diástole general: corazón relajado.

Signos externos

• Ruidos cardíacos: son dos. El primero se debe al cierre de las válvulas auriculoventriculares (mitral y tricúspide) y el segundo al cierre de las válvulas semilunares (pulmonar y aorta).
• Latido: es producido por el golpe que dan los ventrículos contra la pared torácica durante la sístole.
• Pulso: es la sensación de choque que se nota rítmicamente al apoyar el dedo en una arteria. Se origina por el movimiento ondulatorio producido en las paredes de las arterias al entrar en ellas la sangre impulsada por el corazón. Frecuencia normal: unos 70 pulsaciones por minuto.
• Tensión arterial (presión arterial): tiene dos valores. Uno corresponde a la sístole (máxima) y otro a la diástole (mínima). Valores normales: 14-7 (en cmHg, según la notación original).