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volumen 1 Desarrolla los temas: Metabolismo, osmorregulación y excreción, procesos que se relacionan con el concepto de nutrición.

volumen 1 Ciencias 7

Ciencias 7

Ciencias 7

Incluye:

Proyecto de investigación

Incluye:

Razonamiento matemático

volumen 1

Características de los seres vivos, el interior celular y niveles de organización celular, en los cuales se explica que las células son las unidades básicas de los seres vivos y que forman tejidos, órganos, sistemas y organismos. Locomoción, en el que se explica cómo se lleva a cabo este proceso en los diversos grupos de seres vivos, partiendo de los organismos unicelulares, hasta los animales que poseen diferentes adaptaciones para desplazarse. A medida que se desarrollan los temas, también se invita al estudiante a asumir compromisos personales y a utilizar los métodos experimentales que le permiten ser un científico natural.

volumen 2 Desarrolla los temas: Dinámica ecológica, en el que se explican los diferentes tipos de relaciones ecológicas y cómo fluyen la materia y la energía en los ecosistemas. La estructura de la materia, en el que se explican con mayor profundidad los conceptos de átomo y tabla periódica. Electricidad y magnetismo, en el que se explican los conceptos de carga eléctrica, conductores, semiconductores y aislantes, corriente eléctrica y electromagnetismo, y algunas de sus aplicaciones.

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A medida que se desarrollan los temas, también se invita al estudiante a asumir compromisos personales y a utilizar los métodos experimentales que le permiten ser un científico natural.

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Ciencias 7 volumen 1

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Ciencias 7

para educación básica secundaria, es una obra colectiva concebida, diseñada y creada por el Departamento Editorial de Santillana S. A., bajo la dirección de Fabiola Nancy Ramírez Sarmiento.

Volumen 1

EQUIPO EDITORIAL Clara María Sánchez Sánchez. Editora ejecutiva Martín Eduardo Reyes Villamizar. Editor júnior Esperanza Ortiz Ávila y Diana Torres Rodríguez. Editoras TIC Adriana Marcela Rodríguez Villarreal. Asistente editorial Isabel Hernández Ayala. Revisora de contenidos AUTORES Luz Stella Rodríguez Camacho Magíster en Bioquímica. Universidad Nacional de Colombia. Ana María Gómez Villegas Bióloga. Universidad Nacional de Colombia. Claudia Patricia Muñoz Meléndez Especialista en Educación ambiental. Universidad El Bosque. Gabriela Navarrete Forero Bióloga. Universidad Nacional de Colombia.

Diana Trinidad González Gutiérrez Licenciada en Química. Universidad Pedagógica Nacional. Luz Yadira Peña Gómez Licenciada en Química. Universidad Pedagógica Nacional. Johanna Carolina Jaramillo Silva Candidata Bióloga. Universidad Nacional de Colombia.

Los especialistas encargados de avalar este texto desde el punto de vista de la disciplina específica y desde su pedagogía fueron Eliseo Ladino Coronado. Magíster en Biología. Pontificia Universidad Javeriana. Gladys Carmenza Mora Bautista. Terapeuta Física. Universidad Nacional de Colombia. Mauricio Bautista Ballén. Físico. Universidad Pedagógica Nacional. Magíster en Docencia de la Matemática. Universidad Pedagógica Nacional. Elvia Stella Viarisio Ospina. Química. Universidad Nacional de Colombia. Beatriz Bechara Cabrera. Física. Universidad Nacional de Colombia. Science Instructor. Universidad de Londres. El especialista encargado de avalar este texto desde la equidad de género y de su adecuación a la diversidad cultural fue Evelio Castillo Pulido. Especialista en Ética y Pedagogía de los Valores. Pontificia Universidad Javeriana. Se ha hecho el máximo esfuerzo por ubicar a los propietarios de los derechos de autor. Sin embargo, si es preciso efectuar alguna rectificación, la Editorial determinará los arreglos pertinentes. EQUIPO GRÁFICO Y TÉCNICO Catalina Schroeder Torres. Coordinadora de arte Iván Merchán Rodríguez. Diseñador del modelo gráfico Mauricio García Duque. Coordinador de contenidos digitales Martha Jeanet Pulido Delgado, Beatriz Román Campos. Correctoras de estilo Alveiro Javier Bueno Aguirre. Analista de soporte técnico Luis Nelson Colmenares Barragán. Documentalista y operador de escáner Lady Midlennis Sánchez Yopazá, Asistente de documentación Omar Esteban Neira Valero, Fredy Alexander Castañeda Duitama, Juan Carlos López Gómez, Melany Janeth Martínez Castañeda. Diseñadores John Barinas, Diomedes Guilombo, Jhonny Fabián Villarraga Martínez, Gloria Cárdenas, Francisco Sánchez, Michael Ricardo Reyes Rojas. Ilustradores Tulio Pizano, Harold Cárdenas. Fotógrafos Repositorio Santillana, Archivo Santillana, Getty imágenes Latam, Corel Professional Photo, Photo Disc, Thinkstock. Fotografía Francisco Rey González. Jefe de producción Debido a la naturaleza dinámica de la Internet, las direcciones y los contenidos de los sitios web, a los que se hace referencia en este libro, pueden sufrir modificaciones o desaparecer. El uso de Internet debe ser supervisado por los padres de familia, tutores y docentes.

© 2014 EDITORIAL SANTILLANA S. A. Carrera 11A No. 98-50 Bogotá, Colombia ISBN 978-958-750-509-2 Obra completa ISBN 978-958-750-576-4 Edición para el alumno volumen 1 ISBN 978-958-750-577-1 Edición para el alumno volumen 2 ISBN 978-958-750-593-1 Edición para el docente

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Este libro está elaborado de acuerdo con las normas ICONTEC NTC-4724 y NTC-4725 para textos escolares. Depósito legal en trámite. Impreso en Colombia por Quad Graphics Colombia S.A. Prohibida la reproducción total o parcial, el registro o la transmisión por cualquier medio de recuperación de información, sin permiso previo por escrito de la Editorial.

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Presentación del modelo

Es un programa de educación que te ofrece múltiples recursos, impresos y digitales, para que adquieras conocimientos y desarrolles habilidades que te permitan enfrentar los retos del futuro.

¿Qué te ofrece el programa para el área de Ciencias?

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Dos volúmenes para el estudiante que responde a las exigencias planteadas por el MEN y promueve el desarrollo de tus competencias.

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Un Libromedia que: Contiene una amplia variedad de recursos digitales. Es fácil de manejar y no requiere conectividad.

El LMS, una plataforma de gestión académica en línea, en donde tienes la posibilidad de acceder a los contenidos, las tareas y los mensajes de tus profesores, comunicarte con ellos y con tus compañeros de clase y, además, puedes monitorear tu proceso académico.

La herramienta de evaluación en línea, Test Factory para poner a prueba tus conocimientos con la orientación de tu profesor del área. Se vincula a tu salón de clases y a tu hogar como una oportunidad para aumentar tu eficacia en el aprendizaje.

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¿Cómo está organizado tu libro? Para que juntos alcancemos las metas educativas que nos hemos propuesto, el programa de educación te ofrece un libro organizado en seis unidades y estas se presentan así:

Página inicial Al comienzo de cada unidad encontrarás una doble página de apertura que te introduce en el tema a partir de una problemática real. Pregunta problematizadora Es un cuestionamiento o pregunta que surge de la problemática que te planteamos. El estudio de la unidad te servirá para responder esta pregunta.

Entorno Te indica a qué componente pertenece la unidad. Tu plan de trabajo Te indica los logros que vas a alcanzar al estudiar la unidad.

Ubica en el tiempo el estudio de... Esta cronología te muestra la evolución histórica del estudio de los temas que se abordan en la unidad.

Encuentra en tu libromedia Te relaciona los objetos digitales y las evaluaciones que complementan tu libro. El contexto Describe el entorno físico en el cual ocurre una situación relacionada con uno de los temas que estudias en la unidad.

Desarrollo de temáticas En las páginas de contenido se desarrollan las ideas fundamentales del tema, de acuerdo con los lineamientos curriculares y con los estándares para la enseñanza de las ciencias naturales. Te indica el componente en el que se está trabajando.

La situación actual Expone una problemática que se relaciona con el contexto descrito y con el tema que vas a estudiar. Al final de cada tema encuentras:

Afianzo competencias En esta sección encontrarás actividades que te permiten desarrollar tus habilidades para interpretar, argumentar y proponer. Las actividades también están clasificadas de acuerdo con las competencias científicas que afianzan.

Las imágenes muestran el objeto de estudio de manera general, y también, sus componentes o partes.

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En las páginas de contenido también encontrarás estas señales: Te cuenta acerca de situaciones extremas relacionadas con el tema.

Te informa acerca de problemáticas ambientales o de salud relacionadas con el tema y cómo puedes contribuir a resolverlas. Así adquieres hábitos encaminados a cuidar tu cuerpo y el planeta.

Te informa acerca de las raíces griegas y latinas que dan origen a muchas de las palabras propias del lenguaje de las ciencias.

Son ejercicios que te ayudan a desarrollar tus competencias.

Noticias de actualidad científica sobre aquello que estudias.

Secciones especiales Soy científico natural Estas prácticas de laboratorio te permitirán comprobar algunos fenómenos naturales, elaborar modelos explicativos y aplicar conceptos estudiados. Así podrás convertirte en científico natural.

Hiperpáginas Ellas te permitirán comprender procesos y establecer relaciones entre los temas que estudias.

Biología + Tecnología / Ecología + Tecnología / Ciencia + Tecnología Estas secciones te informan acerca de elementos, procesos y avances Los elementos, procesos y avances tecnológicos vienen acompañados tecnológicos, su funcionamiento y la manera como influyen en la sociedad. de proyectos relacionados con el tema, ideales para que los realices y presentes en las ferias científicas.

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CONTENIDOS Proyecto de investigación

14 Entorno vivo

Unidad 1. Metabolismo y osmorregulación 1. Nutrición, metabolismo, osmorregulación y excreción 1.1 Metabolismo 1.2 Metabolismo de carbohidratos 1.3 Metabolismo de lípidos 1.4 Metabolismo de proteínas Infografía. Dinámica metabólica 1.5 Alteraciones metabólicas Actividades 2. Metabolismo en plantas 2.1 Metabolismo de carbohidratos, lípidos y proteínas vegetales 2.2 Fotosíntesis Infografía. Fotosíntesis: producción en serie de metabolitos primarios Actividades

30 31 33 34 35 36 38 40 42 42 43 44 46

Laboratorio. Observa lo que ocurre cuando las plantas son expuestas a la luz 48 3. La respiración es una actividad catabólica 50 3.1 Respiración celular 50 53 3.2 Respiración en móneras 3.3 Respiración en protistas 53 3.4 Respiración en hongos 53 54 3.5 Respiración en plantas Laboratorio. Observa el efecto de la fermentación en la elaboración del pan 55 Actividades 56 4. Respiración en animales 58 4.1 Respiración aérea frente a respiración acuática 58

Unidad 2. Función de excreción 1. La excreción 1.1 Importancia de la excreción 1.2 Sustancias de excreción 1.3 Excreción celular 1.4 Excreción en moneras 1.5 Excreción en protistos 1.6 Excreción en hongos 1.7 Excreción en plantas Laboratorio. Obtén aceite esencial de pétalos de rosa Infografía. Sustancias producidas por seres vivos: perjuicios y beneficios Actividades 2. Excreción en animales 2.1 Proceso de excreción en animales 2.2 Excreción en animales invertebrados

86 86 86 87 88 88 89 91 93 94 96 98 98 98

2.3 Excreción en invertebrados con estructuras excretoras 99 Actividades 102 3. Excreción en animales vertebrados 104 3.1 La nefrona: unidad funcional del riñón 104 3.2 Otros órganos excretores de los vertebrados 105 3.3 Excreción en vertebrados 106 de agua salada 3.4 Excreción en vertebrados de agua dulce 106 3.5 Excreción en vertebrados terrestres 106 Actividades 108 4. Excreción Humana 110 4.1 Órganos implicados en la función excretora 110

Unidad 3. Locomoción 1. Locomoción en los seres vivos 1.1 Locomoción en organismos unicelulares 1.2 El desplazamiento en animales Actividades 2. Sistema esquelético humano 2.1 Los huesos 2.2 La postura corporal y el movimiento

12

28 58 4.2 Tipos de respiración Actividades 66 5. Respiración humana 68 68 5.1 Sistema respiratorio humano 5.2 Anatomía del sistema respiratorio 68 5.3 La mecánica respiratoria o ventilación pulmonar 71 Laboratorio. Observa la anatomía de los pulmones 73 Infografía. Enfermedades respiratorias 74 76 Actividades 6. Osmorregulación 78 6.1 Ósmosis 78 79 6.2 El riñón y la función osmótica 6.3 Ósmosis y prácticas deportivas 80 Actividades 82

84 4.2 Glándulas con función excretora 111 4.3 Sistema urinario humano 112 4.4 Anatomía y fisiología del riñón 113 4.5 Fisiología del sistema urinario 114 4.6 Proceso de micción 115 4.7 Osmorregulación 116 4.8 Enfermedades del sistema urinario 116 4.9 Prevención de enfermedades 117 Infografía. Aspectos claves que debes saber acerca de la nutrición 118 Actividades 120 Laboratorio. Realiza la disección de un riñón de cordero 122 Laboratorio. Analiza una muestra 123 de orina

124 126 126 128 132 134 134 137

2.3 Estructura del esqueleto humano 137 Laboratorio. Observa la estructura de los huesos 141 2.4 Las articulaciones 142 2.5 Enfermedades del sistema esquelético humano 143 Actividades 144 3. Sistema muscular humano 146 3.1 Los músculos 146

3.2 Clasificación de los músculos 146 3.3 Organización muscular 147 3.4 Contracción muscular 148 3.5 Tensión activa y pasiva 149 Infografía. Músculos en acción 150 Actividades 152 Biología + Tecnología. Controladores biológicos: adiós a las plaguicidas químicos 154

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Unidad 4. Dinámica Ecológica 1. Relaciones ecológicas 28 1.1 Relaciones intraespecíficas 28 32 1.2 Relaciones interespecíficas 1.3 Interacciones y adaptaciones 36 Actividades 38 2. Flujo de materia y energía en los ecosistemas 40 40 2.1 Estructura trófica 2.2 La eficiencia ecológica 42 43 2.3 Cadenas tróficas 2.4 Redes tróficas 44 2.5 Pirámides tróficas 45 46 2.6 Ciclos biogeoquímicos 2.7 Sucesiones ecológicas 50

26

Actividades 52 3. Acción antrópica en la naturaleza 54 54 3.1 La contaminación 3.2 Problemas ambientales globales 58 3.3 La degradación del hábitat 61 62 Actividades Laboratorio. Reconoce la importancia de los recursos forestales 64 4. Consecuencias de las acciones antrópicas en la naturaleza 66 66 4.1 Desaparición de hábitats

4.2 Pérdida de la biodiversidad Infografía. Especies amenazadas 4.3 Conservación Actividades Laboratorio. Factores contaminantes de la tierra Laboratorio. Identifiquen fauna terrestre del país Ecología + Tecnología. Obtención de agua potable: una necesidad

67 68 70 72 74 75 76

Entorno físico

Unidad 5. La estructura de la materia 1. Estructura interna de la materia 1.1 El átomo según los filósofos griegos 1.2 El átomo de Demócrito 1.3 Teoría atómica de Dalton 1.4 Naturaleza eléctrica de la materia 1.5 El descubrimiento de la radioactividad 1.6 Descubrimiento del neutrón Actividades 2. Teoría moderna sobre la materia

82 82 82 83 84 86 87 88 90

2.1 Teoría electromagnética 2.2 Los espectros de radiación 2.3 La teoría cuántica de la luz (fotónica) 2.4 El efecto fotoeléctrico 2.5 El modelo atómico de Bohr 2.6 El modelo atómico actual 2.7 Caracterización de los átomos 2.8 Los isótopos 2.9 Masa atómica Actividades 3. La tabla periódica de los elementos 3.1 Antecedentes del sistema periódico de los elementos

80 90 90 91 91 92 93 96 96 97 98 100

3.2 La tabla periódica moderna 3.3 Electrones de valencia 3.4 Tabla periódica y configuración electrónica 3.5 Regiones de la tabla periódica 3.6 Las propiedades periódicas de los elementos 3.7 Fundamentos del enlace químico Laboratorio. Observa el espectro de algunos átomos Actividades

107 109 113 114

Actividades 128 2. Corriente eléctrica 130 2.1 La intensidad de corriente eléctrica 130 2.2 Tipos de corriente 131 2.3 El circuito eléctrico 131 2.4 Resistencia eléctrica 133 2.5 Energía eléctrica 135 Actividades 138 3. Magnetismo 140 3.1 Las fuerzas eléctricas y magnéticas 140 3.2 Los imanes 141 3.3 Magnetismo artificial 142 3.4 Campo magnético 142

116 3.5 Electromagnetismo 3.6 Magnetorrecepción Actividades Laboratorio. Observa el comportamiento de las cargas eléctricas Ciencia + Tecnología. La energía se transforma Ciencia sin fronteras Cultivos ilícitos: un grave problema social y ambiental

144 147 148

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Glosario Bibliografía

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Unidad 6. Electricidad y magnetismo 1. Electricidad 118 1.1 Un poco de historia 118 119 1.2 La carga eléctrica 1.3 Las fuerzas eléctricas 121 1.4 Constantes y unidades 122 1.5 Conductores, aislantes y semiconductores 123 1.6 Formas de cargar un cuerpo 124 1.7 Campo eléctrico 125 1.8 Representación de campos eléctricos 125 1.9 Energía potencial eléctrica 126 1.10 Almacenamiento de la energía eléctrica 127

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Proyecto de investigación

El método científico PASOS

Definición

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Es el conjunto de procedimientos lógicos que sigue la investigación para descubrir las relaciones internas y externas de los procesos de la realidad natural y social.

1. Observación

Es la serie ordenada de procedimientos que se hace uso en la investigación científica para obtener la extensión de nuestros conocimientos.

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Identificar el problema

? que el hombre debe emde procesos ? Esplearel enconjunto la investigación y demostración de la verdad. ? Características

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Es racional. Parte de conceptos, juicios y razonamientos y no de creencias o apariencias.

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? Es analítico. Trata de entender la situación total en

Diseñar el experimento

términos de sus componentes.

Es claro y preciso. Los problemas se formulan de manera clara y utiliza un lenguaje propio. Es verificable. Todo conocimiento debe ser resultado de la experiencia.

2. Formulación de hipótesis

3. Experimentación

Es explicativo. La explicación científica se realiza siempre en términos de leyes.

4. Organización y análisis de datos Nuevos experimentos

5. Conclusiones 14

NO Los experimentos: ¿apoyan la hipótesis?

6. Comunicación

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El método científico es un conjunto de procedimientos empleados en la investigación científica para obtener conocimientos válidos mediante instrumentos confiables.

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Observación Consiste en realizar un análisis minucioso de las características del hecho o fenómeno que se observa.

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Hipótesis Es una proposición que explica un hecho o fenómeno observado. Esta debe someterse a la experimentación para comprobar su validez.

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Conclusión Es la comprobación o validación de la hipótesis planteada.

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Experimentación Consiste en comprobar, a través de experimentos, la hipótesis planteada.

Análisis de resultados Consiste en anotar los diferentes datos obtenidos después de la experimentación en tablas para una fácil lectura e interpretación. ©

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Proyecto de investigación Estrategia 1

¿Cómo plantear un problema de investigación? La percepción del mundo es fundamental en el planteamiento de un problema. Percibir significa recibir las sensaciones a través de los sentidos y organizarlas para hacerse una idea del mundo y de sus características. Podemos percibir el mundo directa o indirectamente.

P deUNTO partida Percepción indirecta Es aquella en la que no utilizas instrumentos o aparatos sino directamente tus sentidos, como cuando interpretas una imagen. La lectura de imágenes consiste en obtener la mayor cantidad de información posible a partir de una fotografía, una ilustración o un esquema. Generalmente, en una fotografía se pueden destacar un núcleo semántico o núcleo de significación, sin el cual no podemos interpretar la imagen. Fuera de este núcleo, existen elementos accesorios que complementan o contextualizan la imagen. Si estos no estuvieran, la imagen todavía podría interpretarse, pero se perderían detalles importantes. Para interpretar fotografías, es conveniente preparar una guía de observación, que tú mismo puedes elaborar teniendo en cuenta las características específicas del tema ilustrado. Por ejemplo: ¿Qué se halla representado en la fotografía? ¿Cuáles son los elementos que la constituyen? ¿Cuál es el núcleo semántico y qué elementos accesorios resultan importantes? ¿Qué relación puede encontrarse entre estos elementos? ¿Qué información adicional posee la fotografía?

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PONTE A

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1. Observa las siguientes fotografías en las cuales se muestran poblaciones naturales de aves marinas.

¿Se trata de las mismas especies? ¿Cómo parece ser la densidad de sus poblaciones? ¿Qué diferencias adviertes en cuanto a la relación existente entre los individuos de las fotografías? ¿Cuáles son los elementos accesorios? ¿Qué indican? ¿Son similares sus hábitats?

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Proyecto de investigación 2. Marca, en cada fotografía, el núcleo semántico y los elementos accesorios.

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¿Sobre qué tema tratan las fotografías? ¿Qué relaciones se observan entre los seres vivos? ¿Cuál es la clave para distinguir esta relación a partir de las imágenes?

3. Revisa tu libro y selecciona tres fotografías que

muestren un fenómeno natural. Luego, responde: ¿En qué lugar se situó el fotógrafo para sacar la fotografía: lejos o cerca? ¿Qué intenciones tuvo el fotógrafo, es decir, qué aspecto de la realidad quiso mostrar?

¿Cuál es el núcleo semántico? ¿Cuáles son los elementos accesorios?

4. Discute, en grupo, las siguientes afirmaciones: Una imagen vale más que mil palabras. La imagen ilustra sólo una parte de la información que ofrece un texto. Una fotografía es una imagen objetiva, es decir, muestra la realidad tal y como es, no permite más de una interpretación y no se ve afectada por los intereses que tenía el fotógrafo al tomarla.

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Proyecto de investigación

P deUNTO partida Percepción indirecta La percepción indirecta es aquella que se realiza utilizando diferentes clases de instrumentos. La observación de objetos a través del microscopio es muy frecuente entre los científicos, y se han desarrollado técnicas que permiten la observación detallada de las muestras que se quieren estudiar.

PONTE A

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Para el estudio de los tejidos existen técnicas que permiten la detección de los detalles más finos, y una comparación más fácil de los distintos tipos celulares. Estas son: Fijación: provoca la muerte celular, impide la acción de bacterias y hongos, preserva las estructuras, deshidrata y endurece el tejido. Para la fijación, se utiliza el calor, la congelación y la desecación, o ciertos agentes químicos como el formol al 10%. Inclusión: proceso mediante el cual el tejido se impregna de parafina, para darle mayor consistencia y posibilitar su corte en finas secciones con el micrótomo. Corte: con el bisturí se hacen cortes muy finos de los tejidos. Coloración: los colorantes permiten teñir, para su diferenciación, las estructuras del núcleo y el citoplasma nuclear. Para teñir las células, se pone la muestra entre el portaobjetos y el cubreobjetos y se agrega una gota de colorante cerca de uno de los bordes del cubreobjetos. Para la coloración se emplean distintos tipos de tinturas. Por ejemplo: — El carmín acético tiñe proteínas; así, el núcleo celular toma un color rosa más oscuro que el resto del citoplasma. — El lugol tiñe de azul los carbohidratos almacenados en las células vegetales y de rojo los almacenados en los granos de glucógeno de las células animales. — La fuscina se usa para dar contraste; en general tiñe toda la célula con un tono marrón rojizo, mientras que el núcleo toma un color un poco más oscuro. — La eosina tiñe las estructuras alcalinas —como ciertas proteínas—; así, el citoplasma adquiere una coloración rosa más fuerte que el núcleo. — El azul de metileno tiñe preferentemente las estructuras ácidas como la cromatina; así, el núcleo toma una coloración más oscura que el resto de la célula.

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PONTE A

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A continuación, vas a aplicar técnicas que permiten la fijación, la coloración y el montaje de preparados celulares. ¿Qué necesitas? Un trozo de hígado, uno de riñón y otro de tejido muscular (de pollo o de vaca), cinco vasos de precipitado, formol al 10%, alcohol al 70%, alcohol al 90%; alcohol al 100%, xilol, una pinza de madera, parafina, tres moldes de parafina armados con papel de aluminio (uno para cada tipo de tejido a observar), portaobjetos y cubreobjetos, agua destilada, hematoxilina, eosina, mechero Bunsen. ¿Cómo lo haces? 1. Coloca los pequeños trozos de material seleccionados en solución de formol al 10% durante una semana.

2. Marca los vasos de precipitado con las letras A, B, C y D. Luego, vierte en el vaso A, alcohol al 70%; en el B, alcohol al 90%; en el C, alcohol al 100% y en el D, xilol. 3. Sumerge, con la pinza, los materiales fijados en cada vaso de precipitado, durante cinco minutos, teniendo en cuenta la secuencia

creciente: alcohol al 70%, 90%, 100% y finalmente el xilol. Luego, lávalos con agua destilada. 4. Derrite la parafina a baño de María y viértela dentro de los moldes de papel aluminio que has preparado y en los que, previamente, has colocado la muestra. Deja enfriar.

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Proyecto de investigación PONTE A

prueba

5. Efectúa una serie de cortes lo más delgados posible. Luego, pon los cortes más finos en sus correspondientes portaobjetos. Pásalos suavemente por la llama del mechero hasta que se queden adheridos. 6. Agrega, a cada uno de los micropreparados, una gota de hematoxilina. Espera 15 minutos, lava con agua destilada y repite la operación con eosina. 7. Identifica cada preparado, colocando una etiqueta con el nombre del material, la fecha de preparación y la coloración utilizada. A continuación, observa los preparados a través del microscopio. Representa, en un papel, el campo óptico y registra el aumento. Dibuja lo que observas. Responde las siguientes preguntas: ¿Por qué es importante utilizar colorantes en las prácticas histológicas? ¿Todos los tejidos y las células se tiñen de igual manera con la hematoxilina? ¿Para qué crees que se aplica eosina después de hematoxilina, en el punto 7?

¿Por qué crees que se utiliza alcohol de diferente concentración para tratar la preparación?

Discute la expresión “el microscopio es una extensión del ojo”: ¿Precisa el microscopio de técnicas y procedimientos que no requiera la visión directa?

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P deUNTO partida Comparación Comparar es buscar semejanzas o diferencias entre dos o más objetos, procesos, etc. Para realizar una comparación, el primer paso consiste en determinar claramente los objetos que se estudian. Luego, se establecen criterios de comparación a partir de los cuales se determinan semejanzas y diferencias.

PONTE A

prueba

Observa las siguientes ilustraciones.

Huesos del cuello, del dorso y la cola de gran robustez.

Ligamentos del cuello, del dorso y de la cola.

Cintura pectoral y extremidades delanteras. Cintura pélvica y extremidades traseras.

Cables de suspensión.

Columna de soporte.

Puente colgante.

En la ilustración comparativa entre un puente colgante y un dinosaurio, se observan algunas similitudes estructurales: La estructura del puente presenta columnas de soporte que sostienen gran parte del peso, cables de suspensión y vigas que las unen al puente. La estructura del dinosaurio era similar: tenía vértebras que proporcionaban los puntos tensores, ligamentos gruesos como sogas que

recorrían el cuello, el dorso y la cola, todos ellos sostenidos por canales situados en lo alto de la columna vertebral; cuello y cola muy largos que tensaban los ligamentos a lo largo de la espalda y, por lo tanto, soportaban gran parte del peso del tronco. Los ligamentos posibilitaban que el cuello se levantara como el brazo de una grúa mecánica, y que la cola pudiera balancearse de un lado a otro; las cinturas y las extremidades actuaban como las columnas que sostienen un puente.

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Proyecto de investigación PONTE A

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Observa y compara las ilustraciones que aparecen a continuación. Esqueleto de cóndor andino

Alas muy largas y potentes Húmero

Escápula Coracoides Clavícula

Esternón

Esqueleto de tigre Gran cresta para anclaje de los músculos mandibulares.

Espina de las vértebras torácicas. Escápula

Vértebras Pélvis

Costillas

Fémur

Esternón Madíbula inferior

Rótula

Codo Vertebras del cuello

Fibula

Cúbito Radio

Tibia

Carpales Garra dentro de su funda

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Tarsales Unión de la rodilla

Calcáneo

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Esqueleto humano

Responde las preguntas: ¿Qué diferencias y qué semejanzas encuentras al comparar las tres imágenes? Organízalas en un cuadro comparativo.

Cráneo

¿En qué segmentos del cuerpo de cada especie, se cumple el principio de la suspensión tipo puente?

Omóplato Vértebras

Clavícula Húmero

Esternón

Costillas

¿Qué diferencias fundamentales hay entre los esqueletos de un animal terrestre y uno volador?

Ilíaco Cúbito Radio

¿Qué diferencias fundamentales hay entre los esqueletos de un animal cuadrúpedo y de uno bípedo? Huesos de la muñeca

Sacro

Falanges

Fémur Rótula Tibia Peroné

Huesos del pie

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Proyecto de investigación PONTE A

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Observa y compara las ilustraciones que aparecen a continuación. Peces

Riñón

Estómago Ciego pilórico

Vejiga natatoria

Boca

Ano Intestino Páncreas

Reptiles

Faringe Hígado

Intestino delgado

Bazo

Cámara anterior de la cloaca

Estómago Esófago

Abertura cloacal Cámara posterior de la cloaca

Recto

Anfibios Cavidad bucal

Intestino grueso

Faringe

Cloaca

Estómago

Aves Intestino delgado

Molleja Intestino Cloaca

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Buche Estómago

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Mamíferos hervíboros

Esófago

Bonete

Intestino delgado

Esófago Estómago

Libro Intestino delgado

Cuajar

Ciego

Mamíferos carnívoros Estómago

Intestino delgado

Panza

Intestino grueso

Esófago Hígado

¿Qué se halla representado en la fotografía?

¿Son similares sus hábitats?

¿Cuáles son los elementos que la constituyen?

¿Qué diferencias y qué semejanzas encuentras al comparar las tres imágenes? Organízalas en un cuadro comparativo.

¿Cuál es el núcleo semántico y qué elementos accesorios resultan importantes? ¿Qué relación puede encontrarse entre estos elementos? ¿Qué información adicional posee la fotografía? ¿Se trata de las mismas especies? ¿Cómo parece ser la densidad de sus poblaciones? ¿Qué diferencias adviertes en cuanto a la relación existente entre los individuos de las fotografías?

¿En qué segmentos del cuerpo de cada especie, se cumple el principio de la suspensión tipo puente? ¿Qué diferencias fundamentales hay entre los esqueletos de un animal terrestre y uno volador? ¿Qué diferencias fundamentales hay entre los esqueletos de un animal cuadrúpedo y de uno bípedo?

¿Cuáles son los elementos accesorios? ¿Qué indican?

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1

Metabolismo y osmorregulación El contexto

Entorno vivo

Tu plan de trabajo… Conocer las generalidades sobre el metabolismo y la osmorregulación en los seres vivos. Establecer relaciones entre los procesos de metabolismo, osmorregulación y nutrición. Identificar las rutas metabólicas que se activan y desactivan en estado de ayuno y bien nutrido.

Encuentra en tu Evaluaciones: 3 Diagnóstica

3 De desempeño

11 Multimedia 1 Galería

1 Audio 16 Imprimibles

7 Actividades

17 Enlaces web

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Alimentarnos bien es un deber que tenemos con nosotros mismos. Para que nuestro cuerpo funcione adecuadamente, requiere de una dieta balanceada. Esto quiere decir que debemos consumir alimentos que nos proveen energía suficiente para cada día y nutrientes como carbohidratos, lípidos, proteínas, vitaminas y minerales que necesitamos para vivir.

La situación actual Cuando comemos en exceso ciertos alimentos o un tipo de ellos, se produce un desequilibrio en nuestro organismo que puede tener como consecuencia un incremento en el índice de masa corporal y una sobrecarga en algunas funciones biológicas, lo que deriva en problemas de obesidad asociados con diversas alteraciones de salud, como la osteoartritis, las alteraciones cardíacas y cálculos biliares, debidos a que la bilis está sobresaturada por una mayor excreción de colesterol. Así mismo, si no comemos lo suficiente, podemos llegar a enfermarnos, desarrollar problemas de salud como anemia, porque nuestro cuerpo no recibe los nutrientes necesarios para funcionar en forma adecuada.

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Galería de imágenes

Audio

Ubica en el tiempo el estudio del metabolismo Pregunta problematizadora ¿Cómo podemos mantener una alimentación saludable? Conociendo nuestro metabolismo. Por ello, es necesario que

aprendas qué ocurre dentro de tu cuerpo cuando consumes alimentos.

Desarrollando hábitos alimenticios encaminados a mantenernos

saludables. Por ello, es importante que conozcas, en detalle, qué alimentos nos aportan más energía y qué alimentos, en exceso, pueden ocasionarnos aumento de masa corporal, alteraciones en nuestras actividades metabólicas o enfermedades.

Realizando acciones encaminadas a que las personas con las que

compartes también desarrollen hábitos de cuidado y protección de su cuerpo. Por ello, es necesario que asumas compromisos personales y sociales para llevar una vida saludable en cuanto a la alimentación y el ejercicio físico.

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Al-Nafis sugiere que el cuerpo y sus partes están en un proceso continuo de cambio. Claude Bernard describe el glucógeno como fuente de almacenamiento de la glucosa. Friedrich Wohler describe la síntesis de la urea.

1213 1561 1813 1854 1860

Hans Krebs describe el ciclo de Krebs, relacionando todas las reacciones que ocurren en la célula.

1907

Fritz Lipm Ann y Hans Krebs descubren la coenzima A, importante en la biosíntesis y la oxidación de los ácidos grasos.

1941

1937

1945 1948

El italiano Santorio Santorio hace los primeros estudios acerca del metabolismo en su propio organismo. Louis Pasteur describe el proceso de fermentación alcohólica y habla de sustancias catalizadoras que aceleran las reacciones. Edward Buchner descubre las enzimas y marca el comienzo de la bioquímica. Se descubre el ATP como una molécula capaz de guardar y liberar enlaces ricos en energía. Albert Lehninger describe las reacciones que ocurren en la mitocondria.

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Entorno vivo

1.

Lexicón Metabolismo: palabra que deriva del griego metabole que significa “transformación”. El metabolismo es el conjunto de reacciones químicas que suceden en las células y que transforman unas sustancias químicas en otras.

Tu piel y las demás partes de tu cuerpo están formadas por células. Al observarlas externamente parecen estáticas, pero si lograras entrar a su interior, descubrirías la enorme cantidad de reacciones químicas que allí ocurren. A la suma de todas ellas es a lo que denominamos metabolismo.

Nutrición, metabolismo, osmorregulación y excreción

Ampliación multimedia

La nutrición es la función vital que hace referencia al conjunto de procesos que permiten a los seres vivos incorporar alimentos del medio y transformarlos para obtener de ellos los nutrientes que contienen y así adquirir la energía que requieren en la realización de sus demás funciones vitales, para reparar las partes de su cuerpo que se encuentran dañadas o deterioradas, y para que el organismo pueda crecer y desarrollarse. El año anterior iniciamos el estudio de la nutrición e hicimos énfasis en los mecanismos que utilizan los seres vivos para incorporar y fragmentar los alimentos liberando los nutrientes que estos contienen y en los mecanismos que utilizan para absorber y transportar estos nutrientes a cada una de las células que forman el cuerpo de los seres vivos. Este año finalizaremos el estudio de este proceso, y para ello nos centraremos en tres etapas fundamentales del proceso de nutrición que examinaremos en las dos primeras unidades: La forma como las células utilizan los nutrientes, en un proceso conocido en conjunto como metabolismo que, como verás, también incluye el proceso de respiración. La forma como las células mantienen relativamente estable la concentración de agua y sales en su interior, en un proceso conocido como osmorregulación. Las diversas estrategias que utilizan los seres vivos para eliminar las sustancias de desecho producto del metabolismo celular, en un proceso conocido en conjunto con el nombre de excreción. El metabolismo celular es similar en los seres vivos heterótrofos, por ello nos centraremos en el metabolismo humano. Luego, estudiaremos el metabolismo de autótrofos, para lo cual nos centraremos en las plantas. La respiración como actividad catabólica es similar en la mayoría de seres vivos, sin embargo, las estrategias que han desarrollado los seres vivos para captar el oxígeno y eliminar el dióxido de carbono son diferentes, por eso, la estudiaremos desde el punto de vista evolutivo. Luego, estudiaremos la osmorregulación que ocurre de forma similar en todos los seres vivos y, finalmente, nos centraremos en el estudio de los procesos de excreción que, al igual que los de digestión y circulación estudiados en el año anterior, se hacen más complejos en la medida en que aumenta el grado de complejidad de los seres vivos.

30 Acción de pensamiento: explico la forma como los seres vivos realizan el metabolismo.

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Componente Procesos biológicos

1.1

Metabolismo

Recurso imprimible

Fotosíntesis Energía

El metabolismo es el innumerable y permanente conjunto de reacciones químicas que ocurren en el interior de las células. Como consecuencia de estas reacciones, se rompen o fragmentan las sustancias, las cuales se transforman en otras con propiedades químicas diferentes.

++

Sustancias sencillas

El metabolismo tiene como finalidad utilizar los nutrientes para obtener energía o como materia prima para la construcción de partes celulares dañadas, ineficientes o nuevas. De acuerdo con el tipo de reacciones que se producen en él, el metabolismo puede ser: anabólico o catabólico. 1.1.1 Anabolismo El anabolismo, o conjunto de reacciones de síntesis, abarca todos aquellos procesos mediante los cuales se sintetizan, fabrican o producen las sustancias que requieren las células para vivir. Se trata de reacciones de síntesis en las que sustancias pequeñas se unen para formar otras de mayor complejidad que son las que constituyen a los seres vivos. Los procesos anabólicos requieren energía para su realización. La fotosíntesis y la síntesis de proteínas son ejemplos de reacciones anabólicas.

++

Anabolismo Gasto de energía Moléculas complejas +

Moléculas simples

+

+

El catabolismo aerobio es aquel en el cual los procesos necesitan oxígeno mientras que en el catabolismo anaerobio no se requiere de oxígeno para que los procesos se lleven a cabo. El catabolismo anaerobio se activa, por ejemplo, cuando hacemos ejercicio que implica un fuerte trabajo muscular. Al comenzar el ejercicio, el cuerpo no cuenta con el oxígeno suficiente y por eso, se activa esta vía para producir energía. Posteriormente, se dispara el catabolismo aerobio cuyo fin principal es producir energía, dióxido de carbono y agua. Este es el catabolismo que funciona en nuestro cuerpo por excelencia, si se presenta alguna falla o no se cuenta con los requerimientos mínimos para activarse, se dispara el catabolismo anaerobio. 1.1.3 Rutas metabólicas Las reacciones metabólicas no ocurren desordenadamente. Para que se lleven a cabo se requiere de unas rutas metabólicas, que son conjuntos de reacciones que ocurren secuencialmente y que pueden ser lineales como autopistas o cíclicas, es decir, que forman un círculo con ramificaciones y todas se encuentran conectadas de manera que describen todo un circuito metabólico. El tipo de reacciones depende de si son rutas anabólicas o catabólicas. Por ejemplo, para las rutas anabólicas las reacciones que ocurren son de reducción, es decir, en las que se consume energía. Por el contrario, para las rutas catabólicas las reacciones que ocurren son de oxidación, en las que se produce energía.

+

Obtención de energía Catabolismo

Respiración

+

1.1.2 Catabolismo El catabolismo, o conjunto de reacciones de descomposición, abarca aquellos procesos mediante los cuales se degradan las sustancias con el fin de obtener energía para que las células puedan realizar las funciones biológicas que son necesarias para el adecuado funcionamiento del organismo. Las reacciones catabólicas liberan energía. La respiración es un ejemplo de una reacción catabólica. De acuerdo con la presencia o ausencia de oxígeno, el catabolismo puede ser aerobio o anaerobio.

Sustancias orgánicas complejas

Sustancias sencillas

+

+

Energía

Sustancias orgánicas complejas

El metabolismo comprende dos procesos que son el anabolismo y el catabolismo. En el primero se gasta energía, como ocurre cuando las plantas realizan la fotosíntesis, y en el segundo se obtiene energía, como ocurre cuando respiramos.

A

Energía

B ATP

Las rutas metabólicas, tanto anabólicas como catabólicas, pueden ser lineales (A) o cíclicas (B). La energía producida o gastada durante estas reacciones se encuentra almacenada en una molécula que se conoce con el nombre de adenosintrifosfato o ATP. ©

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+

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Recurso imprimible

1.1.4 Herramientas del metabolismo Son dos las herramientas más importantes usadas en el metabolismo de los organismos: las enzimas y la molécula de ATP. 1.1.4.1 Las enzimas Las enzimas son moléculas de naturaleza proteica que el organismo utiliza para catalizar reacciones químicas en el metabolismo. Se las considera catalizadores biológicos porque aceleran la velocidad de las reacciones entre los sustratos (de un millón a un trillón de veces) y disminuyen la energía de activación de muchas reacciones. La energía de activación es aquella que se requiere para que pueda llevarse a cabo una reacción química. La gráfica muestra la diferencia en el gasto de energía de activación cuando actúan las enzimas y cuando no lo hacen.

Energía de activación

Sin enzima Nivel de energía inicial Con enzima Nivel de energía final

Las enzimas se caracterizan por ser muy específicas, ya que actúan sobre sustancias determinadas denominadas sustratos. Están agrupadas según su especificidad y reciben el nombre del tipo de reacción o del sustrato sobre el que actúan, más el sufijo -asa. Por ejemplo, las hidrolasas, que intervienen en las reacciones de rompimiento de moléculas grandes para obtener otras más pequeñas, como las enzimas digestivas glucosidasas y lipasas. Acción de las enzimas Las enzimas actúan uniendo o separando las moléculas que reaccionan. Para ello, las sustancias que reaccionan denominadas sustratos se unen a la enzima. Como consecuencia de esta unión, los sustratos se transforman y generan sustancias nuevas denominadas productos. Algunas enzimas solo actúan cuando está presente una sustancia llamada coenzima (si es orgánica) o cofactor (si es inorgánica).

En las reacciones metabólicas participan los sustratos y las enzimas. Cuando el sustrato se une a la enzima se forma un complejo denominado enzima-sustrato y al ocurrir la reacción, el sustrato se transforma en dos o más productos.

NH 2 H C O– –

O P O

O–

O

O P O CH2

O P

O Fosfatos

O

N C C N N C N C H Adenina

O H H Ribosa H H OH OH

Sustrato A

Producto A

Centro de activación Sustrato B Enzima Complejo enzima sustrato

Producto B

Adenosina Adenosín monofosfato (AMP) Adenosín difosfato (ADP) Adenosín trifosfato (ATP)

Los alimentos, al fragmentarse, liberan energía que se almacena temporalmente en la molécula de ATP. Esta energía estará disponible cuando las células la requieran para la realización de sus múltiples funciones biológicas.

32

Recurso

1.1.4.2 La molécula de ATP imprimible La energía que requieren las células para realizar todas sus funciones vitales proviene de la degradación o el rompimiento de las moléculas orgánicas que el organismo ha utilizado como alimento. Al realizarse esta degradación se libera energía, es decir, se trata de una reacción exotérmica. Entonces, esta energía se almacena temporalmente en una molécula llamada adenosíntrifosfato (ATP), para posteriormente ser transferida a aquellas reacciones que absorben energía al ocurrir, es decir, a las reacciones endotérmicas.

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Componente Procesos biológicos

Metabolismo de carbohidratos

Recurso imprimible

Ampliación multimedia

1.2 Los carbohidratos son los nutrientes más abundantes en los alimentos y son la fuente más importante de energía de forma inmediata para el organismo. Se clasifican en: simples, cuando están formados por una o dos moléculas de azúcar como la glucosa, la lactosa o azúcar de la leche y la fructosa o azúcar de las frutas y complejos, cuando están formados por más de dos moléculas de azúcar como los cereales y los almidones.

Carbohidrato complejo

Carbohidratos simples

1.2.1 Catabolismo de los carbohidratos Los carbohidratos se convierten principalmente en glucosa que se degrada para convertirse en dióxido de carbono, agua y energía. Este proceso requiere de dos etapas o rutas metabólicas: glucólisis y ciclo de Krebs. Glucólisis. Es la primera ruta metabólica, es lineal y ocurre en el citoplasma de la célula. Consiste en el rompimiento de la glucosa en dos partes, cada una de las cuales se denomina ácido pirúvico.

Los carbohidratos complejos están formados por la unión de muchos carbohidratos simples.

Ciclo de Krebs o ciclo del ácido cítrico. Es la segunda ruta metabólica, es cíclica y ocurre en condiciones aeróbicas, es decir, en presencia de oxígeno y en organismos formados por células eucariotas, ocurre la respiración celular que es un proceso de degradación total. Las dos moléculas de ácido pirúvico ingresan a las mitocondrias de las células y se unen a la coenzima A (CoA). Así se forma el compuesto acetil coenzima A, que entran en una ruta metabólica cíclica llamada ciclo del ácido cítrico o ciclo de Krebs. Como resultado, se produce ATP y se ceden electrones a varias moléculas transportadoras de electrones que hacen parte de la cadena respiratoria o síntesis de energía. En esta etapa, se forma la mayor cantidad de ATP. Como resultado, se libera mucha energía: 32 mo­léculas de ATP y, como productos de desecho, dióxido de carbono y agua.

Glucosa Ácido pirúvico

Ácido pirúvico

Ausencia de oxígeno

Presencia de oxígeno

Fermentación (citoplasma)

Respiración celular

Alcohólica 2 moléculas de dióxido de carbono

Láctica

2 moléculas de etanol

Mitocondria Acetil-CoA

2 moléculas de ATP 2 moléculas de ácido láctico

38 moléculas de ATP

6 moléculas de dióxido de carbono

Ciclo de Krebs

6 moléculas de agua

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Problemas al consumir una dieta rica en lípidos

Tener sobrepeso puede llevar a que se presenten presión sanguínea alta y complicaciones conexas. Accidente cerebrovascular

Arteriosclerosis, endurecimiento de las arterias

1.2.3 Control del metabolismo de carbohidratos El control del metabolismo de los carbohidratos está dado por tres sustancias reguladoras llamadas hormonas principalmente: la insulina, el glucagón y la adrenalina. La insulina estimula el transporte de glucosa en el interior de las células y la síntesis de glucógeno. El glucagón eleva los niveles de glucosa en la sangre y estimula la degradación de glucógeno. La adrenalina eleva los niveles de glucosa en la sangre y estimula la producción de glucosa en el hígado y los músculos.

Metabolismo de lípidos

1.3 Los lípidos también son fuente de energía para nuestro cuerpo y forman parte de la estructura de las células como las membranas. Se pueden encontrar en alimentos como mantequilla, huevos y carnes. Los lípidos más abundantes en la dieta son los aceites y las grasas. Ambos son mezclas de moléculas llamadas triglicéridos. Los ácidos grasos son moléculas simples de lípidos y, según su composición química, Insuficiencia pueden ser saturados o insaturados. Los ácidos grasos saturados incrementan los renal niveles de colesterol en la sangre, mientras que los ácidos grasos insaturados ayudan a disminuir sus niveles, por eso es recomendable consumir mayor cantidad de los segundos.

Ataque cardíaco o insuficiencia cardíaca

1.3.1 Catabolismo de lípidos Los lípidos se convierten en ácidos grasos que se degradan en la mitocondria por una ruta metabólica llamada lipólisis, o beta oxidación. De esta ruta, el producto más importante que se obtiene es el acetil-CoA. Esta molécula se incorporará en el ciclo de Krebs que mencionamos anteriormente y seguirá el mismo curso para llegar, finalmente, a la obtención de dióxido de carbono, agua y energía. Una oxidación excesiva de los ácidos grasos lleva a la producción de cuerpos cetónicos que dan energía al corazón y al cerebro en condiciones de ayuno prolongado. Cuando hay ácidos grasos en exceso también se almacenan en forma de triglicéridos en células llamadas adipocitos que constituyen el tejido adiposo.

Reservas de grasa

Núcleo

La obesidad se debe a un cúmulo excesivo de grasa localizada especialmente en la parte abdominal. En el tejido adiposo están los adipocitos que son las células responsables de almacenar la grasa en forma de triglicéridos.

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1.2.2 Anabolismo de carbohidratos En seres humanos, cuando la glucosa no es utilizada, se almacena en el hígado en forma de un compuesto llamado glucógeno. Este proceso se realiza por una ruta llamada glucogenogénesis. En los momentos en que nuestro cuerpo necesita glucosa, la saca de su depósito de almacenamiento, y para ello se activa la ruta de la glucogenólisis, es decir, el glicógeno se transforma en glucosa. Otra forma para sintetizar glucosa es a través de la ruta metabólica llamada gluconeogénesis. En esta ruta, la glucosa se sintetiza a partir de aminoácidos, glicerol o ácido láctico.

1.3.2 Anabolismo de lípidos En los momentos en que el cuerpo necesita ácidos grasos, las células los sintetizan mediante un proceso llamado lipogénesis. Nuestro organismo no tiene la capacidad de sintetizar algunos ácidos grasos, por eso solo los podemos obtener de la dieta. Este tipo de ácidos se llaman ácidos grasos esenciales y los más importantes son el omega 3 y el omega 6, que se encuentran en alimentos como el pescado y los aceites de origen vegetal. Los fosfolípidos y el colesterol también se sintetizan para formar membranas celulares y moléculas importantes en el funcionamiento celular. El colesterol a su vez, puede provenir de la dieta.

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Componente Procesos biológicos 1.3.3 Control del metabolismo de lípidos El control del metabolismo de los lípidos está dado por la insulina, el glucagón y la adrenalina. La insulina estimula la lipogénesis. El glucagón, la lipólisis y la adrenalina que también promueve la síntesis de lípidos.

Metabolismo de proteínas

Metabolismo de proteínas A

Recurso imprimible

1.4 Las proteínas son nutrientes formados por la unión de moléculas más pequeñas llamadas aminoácidos. La mayor parte de energía de las células proviene de los carbohidratos y lípidos, sin embargo, en circunstancias extremas, las proteínas también son fuente de energía. Las proteínas de la dieta provienen de alimentos de origen animal como la leche y las carnes, y de legumbres como el fríjol.

B

Catabolismo de las proteínas

1.4.1 Las proteínas, al fragmentarse, liberan los aminoácidos que las forman. Los aminoácidos constan de una sustancia nitrogenada llamada grupo amino (NH2) y una cadena de carbonos con un grupo ácido (COOH). El catabolismo de los aminoácidos empieza, generalmente, por la separación del grupo amino y la cadena de carbonos. El grupo amino luego puede convertirse en nitrógeno para ser expulsado en forma de urea, amoniaco o ácido úrico. Estas sustancias son eliminadas con la orina y, si llegan a acumularse en nuestro cuerpo, pueden ser tóxicas.

C

Algunas cadenas carbonadas de los aminoácidos pueden entrar a la ruta metabólica de los carbohidratos. Estas cadenas se conocen como aminoácidos glucogénicos ya que se convierten en piruvato, entran al ciclo de Krebs y al proceso de respiración celular para, finalmente, producir energía, dióxido de carbono y agua. Un ejemplo es el aminoácido llamado alanina. Otros aminoácidos, como la leucina, entran a la ruta de formación de otras sustancias llamadas cuerpos cetónicos y se conocen como aminoácidos cetogénicos. Algunos aminoácidos pueden ser tanto glucogénicos como cetogénicos. 1.4.2 Anabolismo de las proteínas En los momentos en que nuestro cuerpo necesita sintetizar proteínas, los aminoácidos se conjugan para formar la proteína que necesita la célula. Los aminoácidos no se almacenan en las células, sino en las proteínas que se forman a partir de ellos. La síntesis de proteínas ocurre en los ribosomas de la célula. Los aminoácidos que pueden conformar proteínas son 20. Nuestro organismo no tiene la capacidad de sintetizar algunos aminoácidos, que se llaman aminoácidos esenciales, pues solo los podemos obtener de la dieta. Dentro de estos se encuentran la isoleucina, la leucina, la lisina, la metionina, la fenilalanina, la treonina, el triptófano y la valina. Estos aminoácidos se pueden obtener del consumo de lácteos, carnes y algunos vegetales. Si se tiene deficiencia en aminoácidos podemos llegar a estados de desnutrición. 1.4.3 Control del metabolismo de las proteínas El control del metabolismo de las proteínas puede ser regulado también por la insulina y el glucagón. La insulina estimula la entrada de aminoácidos a la célula para la síntesis de proteínas. El glucagón activa la proteólisis o degradación de las proteínas.

D E Las proteínas se encuentran en alimentos de origen animal (A) y en las leguminosas (B). El sistema digestivo (C) fragmenta las proteínas hasta que se convierten en aminoácidos. Estos son utilizados por los ribosomas de nuestras células (D) en la síntesis de las proteínas (E) que necesita nuestro cuerpo. El consumo de proteínas en exceso puede alterar la función del riñón, elevar los niveles de colesterol y generar obesidad. ©

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Dinámica metabólica El metabolismo es un proceso dinámico. Los seres humanos debemos consumir una cantidad determinada de calorías de manera que nuestro cuerpo tenga la energía necesaria para funcionar adecuadamente. Una caloría es la medida de la energía que proporciona al cuerpo un alimento consumido. Si hay consumo excesivo de alimentos, hay muchas calorías

sobrantes y podemos engordar. Por el contrario, si no hay consumo de alimentos, no hay calorías disponibles y el organismo debe recurrir a sus reservas para suplir las necesidades energéticas, lo que nos lleva a perder mucha masa corporal y, en casos extremos, a enfermarnos, con consecuencias fatales.

Cuando dejamos de comer,

las rutas metabólicas que se activan son tres: Citoplasma

1 Glucogenólisis El glicógeno pasa a ser glucosa que puede ser llevada a la circulación. 2 Gluconeogénesis

Glucógeno

Se activa la síntesis de glucosa a partir de aminoácidos, glicerol o ácido láctico.

Glucosa

3 Lipólisis

Se activa el catabolismo de los lípidos de los adipocitos mediante la beta-oxidación y la formación de cuerpos cetónicos.

Adipocitos

Cuando dejamos de comer,

las rutas metabólicas que se desactivan son tres: 1 Glucogenosíntesis No se almacena glucosa, por tanto, no hay síntesis de glicógeno. 2 Glucólisis

Como no hay glucosa suficiente, se inhibe la ruta de su degradación. 3 Lipogénesis

No hay síntesis de lípidos, pues no se cuenta con el material o los insumos para ello.

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En el estado de ayuno, el glucagón es producido por las células alfa del páncreas, lo cual aumenta sus niveles y hace que se activen o desactiven los procesos metabólicos descritos. Así se estimula la salida de la glucosa de los tejidos hacia la circulación. En estado de ayuno, entonces, la insulina se encuentra disminuida.

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Cuando estamos bien nutridos

las rutas metabólicas que se activan son cinco: 1 Glucogenosíntesis

La glucosa se almacena como glicógeno en el hígado y en los músculos.

Hígado

2 Glucólisis

Se activa la degradación de glucosa en el citoplasma de las células. Glucógeno

3 Lipogénesis

Se activa el anabolismo de los lípidos para almacenar grasa en forma de triglicéridos. Este ocurre en el citoplasma de las células.

Adipocitos

4 Glucogenólisis

Ocurre en el citoplasma de las células y es la degradación de glucógeno para obtener glucosa. 5 Lipólisis

Hay degradación de lípidos, pues se cuenta con el material o los insumos para ello. De igual manera, las grasas se almacenan en forma de triglicéridos y si no se utilizan aumenta nuestra masa muscular.

Glucosa

Islotes de Langerhans

En el estado de bien nutrido, la insulina es producida por las células beta del páncreas y aumenta sus niveles, lo que hace que se activen o desactiven los procesos metabólicos descritos y, entonces, estimula a que la glucosa de la circulación vaya a almacenarse en los tejidos. En el estado de bien nutrido, entonces, el glucagón se encuentra disminuido.

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Entorno vivo

Alteraciones metabólicas

Lipoproteínas encargadas del transporte del colesterol Hígado

LDL

Sangre

HDL

A

B

Recurso imprimible

1.5 Las alteraciones metabólicas ocurren cuando algo no funciona adecuadamente en nuestro metabolismo, ya sean carbohidratos, lípidos o proteínas. Dentro de las alteraciones metabólicas lipídicas más comunes podemos encontrar: la hipercolesterolemia, la hipertrigliceridemia y las alteraciones mixtas. 1.5.1 Hipercolesterolemia Se define como la presencia de niveles altos de colesterol en la sangre. Esta alteración metabólica puede darse por una dieta rica en grasas por una causa familiar, es decir, puede ser transmitida genéticamente de padres a hijos. Existen factores ambientales o hábitos, como fumar, beber alcohol en exceso o tener sobrepeso, que pueden ayudar a que se genere esta alteración. El colesterol es transportado: De la sangre al hígado por una lipoproteína llamada de alta densidad o HDL (por su sigla en inglés, High Density Lipoprotein), erróneamente denominada colesterol bueno, puesto que no es el colesterol sino la proteína que lo transporta.

Arteria sana

Arteria bloqueada por colesterol

Las lipoproteínas HDL transportan el colesterol de la sangre al hígado, mientras que las LDL lo transportan del hígado a la sangre. En su recorrido, el colesterol puede adherirse a los vasos sanguíneos, taponándolos y ocasionando un flujo irregular, lo cual puede generar enfermedades cardiovasculares. Las arterias sanas, en cambio, permiten el paso regular de la sangre.

Del hígado a la sangre por una lipoproteína de baja densidad o LDL (Low Density Lipoprotein), erróneamente llamada colesterol malo. Es muy beneficioso para nuestra salud tener los niveles altos de HDL y bajos de LDL, pues de esta forma aseguramos que el colesterol no se quede en la sangre sino que sea llevado y almacenado en los tejidos. 1.5.2 Hipertrigliceridemia Se define como la presencia de niveles altos de triglicéridos en la sangre. Al igual que la alteración anterior, se puede deber a un consumo excesivo de carbohidratos y grasas en la dieta, así como puede tener origen genético. Factores como fumar, beber y tener sobrepeso también contribuyen a generar esta alteración. 1.5.3 Alteraciones mixtas o combinadas Son aquellas en las que la persona presenta hipercolesterolemia e hipertrigliceridemia. Este tipo de alteración se llama dislipidemia o hiperlipidemia mixta. En este caso, la persona tiene altos niveles de colesterol y de triglicéridos en la sangre. Otra forma de dislipidemia mixta puede darse cuando el factor desencadenante de la alteración metabólica es de origen genético, o sea, heredado, y se combina con el factor medioambiental, como la dieta, el consumo de tabaco, etc. Por esto, el origen de la alteración se considera mixto. Las alteraciones anteriores pueden ocasionar problemas cardiovasculares, es decir, problemas en el corazón y los vasos sanguíneos, y problemas con las arterias, lo que impide que fluya bien la sangre. Para mantener bajos los niveles de triglicéridos en sangre es importante: Tener una dieta equilibrada rica en frutas, verduras y cereales integrales. Evitar el consumo de dulces y azúcar. Tomar entre seis y ocho vasos de agua al día. Practicar ejercicio físico como caminar u otro que sea del agrado de la persona.

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Componente Procesos biológicos Enlace web

1.5.4 Diabetes La principal alteración relacionada con el metabolismo de los carbohidratos es la diabetes, una enfermedad que una vez se adquiere, permanece en el organismo durante toda la vida. Se caracteriza porque quien la padece presenta niveles altos de azúcar (glucosa) en la sangre debido a que su organismo produce poca insulina. La insulina es la hormona encargada de estimular el transporte de la glucosa hacia las células del cuerpo, ya sea para que esta sea metabolizada y nos proporcione energía, o bien, para que se almacene hasta que la necesitemos. Esta tarea de transporte no se realiza adecuadamente cuando no se produce insulina o cuando suceden alteraciones en su función. De acuerdo con la causa de la enfermedad, la diabetes puede ser: tipo I, tipo II y gestacional.

Lexicón Diabetes Mellitus: palabra que proviene del griego dia, que quiere decir “ir”, y bainein, que quiere decir “a través de”, y la palabra mellitus, de la palabra latina mellis que significa “miel”.

1.5.4.1 Diabetes tipo I Se presenta porque las células  del páncreas, que son las encargadas de producir insulina, no lo hacen o producen muy baja cantidad. Las personas con este tipo de diabetes se llaman insulino-dependientes porque deben inyectarse esta sustancia para mantener controlados sus niveles de azúcar en la sangre. La diabetes tipo I se considera una enfermedad autoinmune porque las células beta del páncreas son destruidas por nuestro sistema de defensa que las ve como extrañas. Adicionalmente, la diabetes tipo I no puede ser prevenida con cuidados en la alimentación y no existe ningún marcador certero que permita saber si una persona la padecerá o no.

Propongo que…

1.5.4.2 Diabetes tipo II Se caracteriza porque el cuerpo no es capaz de responder adecuadamente a la insulina. En este tipo de diabetes, las personas pueden producir insulina, pero no en los niveles requeridos para mantener los niveles de azúcar controlados. Los síntomas que se presentan en la persona que sufre esta diabetes son: Sed frecuente e intensa. Orina frecuente. Sensación permanente de mucha hambre. Pérdida de peso, sin tener una razón específica. 1.5.4.3 Diabetes gestacional Cuando la mujer está embarazada, ciertas sustancias que se producen durante esta etapa pueden bloquear la acción de la insulina y, de esta manera, aumentar los niveles de azúcar en la sangre de la mamá, por esto se denomina diabetes gestacional. Como consecuencia de este fenómeno, el organismo de la madre produce mayor cantidad de glucosa, lo cual hace que ella y el bebé aumenten rápidamente de masa corporal. Además la madre pueden sufrir hipertensión arterial. Durante este tiempo es importante controlarse continuamente los niveles de glucosa y cuidar la alimentación para mantener el metabolismo de carbohidratos bajo control.

1. Lee el siguiente texto. La obesidad infantil es un problema que ha cobrado mucha importancia en los últimos años. Debido al consumo excesivo de grasas, azúcar y bajo consumo de frutas y verduras, los niños obesos pueden tener más riesgo de sufrir diabetes tipo II, pues empiezan a padecer síntomas asociados con esta enfermedad. 2. Ante esta situación, ¿qué estrategias, en cuanto a un régimen de alimentación y ejercicio, propondrías para disminuir la obesidad infantil? 3. Comparte tu análisis con tu familia. ¿Qué otras estrategias proponen ellos? ©

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Competencias científicas

4 Completa el siguiente párrafo, con base en la

INTERPRETO A F I A N Z O

gráfica:

1 Observa las imágenes de los siguientes ali-

mentos y escribe, debajo de cada una, si este es fuente de proteínas, carbohidratos o lípidos.

C O M P E T E N C I A S

5 Interpreta la siguiente gráfica en la que se

observan los síntomas que, con mayor frecuencia, pueden presentarse en personas con diabetes tipo II. Analízala y luego, realiza la actividad 6. Síntomas clínicos diabetes tipo II Fatiga, cansancio Aumento de apetito Sequedad bucal

Pérdida de masa corporal

2 Une con una línea cada ruta metabólica de los carbohidratos con su respectiva función. Glucogenólisis

Degradación de la glucosa.

Gluconeogénesis

Degradación del glicógeno.

Glicólisis

Síntesis de la glucosa.

Glucogenogénesis

Síntesis de glicógeno.

3 Observa y analiza la gráfica que representa

los niveles de glucosa en sangre en estado normal, prediabético y diabético.

Diabetes 200 mg/dL

140 mg/dL

40

Los niveles normales de glucosa en sangre . Sin embargo, son menores de si en una persona se encuentran niveles entre y menos de se puede considerar que está en un estado prediabético, lo cual demanda hacer un seguimiento cuidadoso de dichos niveles mediante exámenes de laboratorio, porque si alcanza niveles iguales o mayores será diagnosticada por el médico a como una persona diabética.

Prediabetes Normal

Orina frecuente Sed frecuente 0

5

10

15 20 Porcentaje (%)

25

30

6 Escribe F o V, según sea falsa o verdadera

cada una de las siguientes afirmaciones y explica el porqué en tu cuaderno. La orina frecuente es el síntoma más generalizado, seguido de la sed frecuente. La pérdida de masa corporal se manifiesta en igual proporción que la sequedad bucal. El aumento de apetito es el cuarto síntoma más frecuente. La sed y la orina frecuentes son síntomas predominantes en la diabetes tipo II.

7 Observa la tabla 1, que muestra la energía en

calorías aportada por cada 100 gramos de alimentos y la tabla 2, que muestra el consumo energético para diferentes actividades. Con base en ellas, responde las preguntas 8 a 11.

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Identificar •

Indagar •

Energía proporcionada por algunos de los alimentos más consumidos Alimento

Energía kcal/100 g

Alimento

Energía kcal/100 g

Aceite de girasol

900

Atún

200

Calamares

82

Chocolate

518

Ciruelas

44

Espinacas

18

Hamburguesa

265

Helado

204

Huevos

150

Leche entera de vaca

65

Manzana

46

Naranja

35

Pasta

373

Papas

79

Plátano

83

Pollo

167

Queso curado

376

Tomate

18

Consumo de energéticos en diferentes actividades (en kcal por kg de peso y por minuto)

Explicar •

Comunicar •

Trabajar en equipo

12 ¿Cuáles de las actividades señaladas en el

cuadro 2 realizas, cuánto tiempo las practicas durante el día y a qué consumo energético equivalen?

13 Calcula tu tasa de metabolismo basal. 14 Lee la siguiente tabla que muestra los niveles de triglicéridos y colesterol normales, ligeramente altos y altos, en seres humanos. Normal

Normal-alto

Alto

Colesterol total

200 mg/dL

200 y 240 mg/dL

>240 mg/dL

Triglicéridos

<150 mg/dL

100-500 mg/ dL

>500 mg/dL

Nota: se considera hipercolesterolemia los niveles de colesterol total superiores a 200 mg/dL. Se considera hipertrigliceridemia los niveles de triglicéridos superiores a 150-200 mg/dL.

Actividad

Consumo energético

Actividad

Consumo energético

Responde las preguntas 15 a 17, con base en la tabla anterior y la siguiente información:

Asistir a clase

0,031

Bajar escaleras

0,095

Comer

0,025

Correr

0,141

Dormir

0,016

Estar de pie

0,030

Estar sentado

0,028

Estar acostado

0,022

Jugar baloncesto

0,142

Jugar fútbol

0,135

Clara tiene 35 años y su médico le mandó hacerse un examen de sangre para verificar sus niveles de triglicéridos y colesterol. El examen arrojó el siguiente resultado: Colesterol total: 230 mg/dL Triglicéridos: 135 mg/dL

Montar en bicicleta

0,150

Nadar

0,166

Subir escaleras

0,250

Ver la televisión

0,021

8 ¿Cuál es el alimento que más alta cantidad de calorías aporta?, ¿cómo lo sabes?

9 ¿Qué alimento se podría consumir en grandes cantidades con un aporte mínimo de calorías?

10 Si en una comida ingieres una porción de po-

l­lo, una porción de papa, una porción de pasta, una porción de plátano y un helado, ¿cuántas calorías consumirías en total?

11 ¿Qué tipo de nutrientes son los más abun-

dantes (carbohidratos, lípidos, proteínas), de acuerdo con los alimentos que se relacionan en la tabla?

ARGUMENTO 15 ¿ Clara tiene alguna alteración metabólica? 16 ¿Cuál es el nombre de la alteración que presenta Clara?

17 ¿Qué sugerencias en cuanto a los hábitos alimenticios le harías a Clara? ¿Por qué?

Desarrollo compromisos personales y sociales

PROPONGO 18 Elabora un menú para un desayuno, un al-

muerzo y una comida balanceados para ti. Ten en cuenta el gasto calórico de acuerdo con las actividades que realizas durante un día. ©

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Entorno vivo

Metabolismo en plantas

A

Ampliación multimedia

2. En las células de las plantas, se realiza una enorme diversidad de reacciones metabólicas. Dependiendo de lo fundamental que resulte para su supervivencia, el metabolismo de las plantas puede ser secundario o primario. El metabolismo secundario hace referencia a todas aquellas actividades metabólicas que son importantes porque contribuyen con el proceso de adaptación de las plantas, pero no con su supervivencia. Los productos obtenidos a partir de estos procesos se denominan metabolitos secundarios, por ejemplo, los aceites esenciales y los alcaloides. El metabolismo primario reúne todas aquellas actividades metabólicas que realizan las plantas y que son fundamentales para su supervivencia. Procesos, como el ciclo de Krebs (que estudiamos en la página 13), la respiración (que estudiaremos más adelante), el metabolismo de carbohidratos, lípidos y proteínas, así como la fotosíntesis, hacen parte del metabolismo primario y los productos obtenidos a partir de estos procesos se denominan metabolitos primarios.

Metabolismo de carbohidratos, lípidos y proteínas vegetales 2.1

B

Plantas, como la de papa (A), poseen tallos tubérculos (B), formados por células que almacenan granos de almidón (C). Este es el carbohidrato de reserva de muchas plantas.

Los carbohidratos, los lípidos y las proteínas se encuentran en todas las células en mayor o menor proporción. Participan en reacciones metabólicas, forman estructuras celulares y sirven como reserva de energía, entre otras funciones. Por ejemplo, en una célula vegetal encontramos lípidos formando su membrana celular, carbohidratos formando la pared celular que se encuentra a su alrededor y proteínas que permiten el paso de sustancias a través de la membrana celular. Algunas células vegetales se especializan en producir y almacenar carbohidratos, proteínas o lípidos en sus vacuolas. Estas células forman tejidos de reserva que, a su vez, forman distintos órganos. Por ejemplo, los tallos tubérculos como la papa y las raíces como la yuca almacenan carbohidratos que sirven tanto para la reproducción asexual como para la supervivencia bajo condiciones ambientales difíciles. Así, cuando es necesario, la planta obtiene energía mediante el catabolismo de las sustancias de reserva presentes en las vacuolas. Las plantas también almacenan sustancias nutritivas en sus semillas, para asegurar la reproducción sexual. Durante la germinación, el embrión degrada las sustancias de reserva hasta sus componentes básicos y los utiliza para construir nuevas células. Al mismo tiempo, aprovecha la energía que se libera de la ruptura de los enlaces para formar nuevos enlaces y, con ellos, nuevas moléculas. C

B

4 2 Acción de pensamiento: explico algunos aspectos relacionados con el metabolismo primario y secundario de las plantas.

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Componente Procesos biológicos 2.1.1 Síntesis de proteínas La síntesis de proteínas es el proceso por el cual las células de las plantas fabrican nuevas proteínas a partir de la lectura y la ejecución de las instrucciones codificadas en la cadena de ADN de sus células.

En los ribosomas, ubicados en el retículo endoplasmático rugoso de las células de las plantas, se lleva a cabo la síntesis de proteínas.

El proceso se inicia con la formación de una copia del ADN nuclear llamada ARN mensajero en el interior del núcleo celular (Ver A en la imagen). Luego, la cadena de ARN mensajero sale del núcleo y viaja a los ribosomas (B), donde sirve como plantilla para unir los aminoácidos en el orden correcto. Al final, la cadena (C) está lista para ser plegada hasta adquirir su forma definitiva. Las proteínas cumplen distintas funciones, por ejemplo, ser parte integrante de las células de las plantas y ejecutar las reacciones químicas durante el metabolismo celular, entre otras. Las proteínas funcionan como las máquinas de una fábrica: cada una cumple una función específica y forma parte de una secuencia de pasos que conducen a la formación de un producto final. Así mismo, cada proteína facilita una reacción química en especial, de las muchas que integran el metabolismo. Un error en el ADN o en su lectura puede producir una proteína que altere el funcionamiento celular, ya sea positiva o negativamente. Proceso de síntesis de proteínas Núcleo

ARN mensajero: es una copia del segmento de ADN que contiene el código de la proteína.

Organización de una célula vegetal

Cromatina

ARN mensajero

Nucléolo Membrana nuclear

A

Complejo de Golgi

A

Interior de la célula

B

B

Ribosoma Ribosoma ARN de transferencia: se une por un lado al ARN mensajero y por otro, a un aminoácido específico.

2.2

Mitocondria

C

ARN ribosomal: forma el ribosoma, donde ocurren las reacciones químicas que unen un aminoácido con otro.

Vacuola central Membrana plasmática Pared celular

Estructura primaria de la proteína que se ha formado.

Fotosíntesis

Ampliación multimedia

Cloroplasto

Retículo endoplasmático rugoso

Recurso imprimible

Actividad

La fotosíntesis es el proceso mediante el cual las cianobacterias, las algas y las plantas fabrican alimento y oxígeno utilizando como fuente de energía la luz, como materia prima el dióxido de carbono, el agua y las sales minerales y con ayuda de la clorofila, un pigmento que se activa con la energía solar. En las plantas, la fotosíntesis ocurre en las hojas y otros tejidos verdes. Así, la misma planta y todos los demás seres vivos que dependen de esta directa o indirectamente obtienen la energía necesaria para vivir.

Lexicón Fotosíntesis: palabra compuesta de dos raíces griegas photo que significa “luz” y synthesis que significa “composición”. Fotosíntesis es la formación de materia orgánica mediante el uso de la energía solar. ©

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Fotosíntesis:

producción en serie de metabolitos primarios La fotosíntesis es una actividad metabólica fundamental para los autótrofos, que la realizan, y también para los heterótrofos que dependemos directa o indirectamente de los alimentos y el oxígeno producido por ellos. Estudiemos, en detalle, la fotosíntesis en una planta para conocer el proceso de elaboración del metabolito primario más utilizado por todos los seres vivos:

el carbohidrato llamado glucosa. Partiremos de los insumos: agua, minerales y dióxido de carbono, hasta que estos se convierten en glucosa y oxígeno, utilizaremos como fuente de energía la luz solar y la ayuda de la maquinaria biológica que es la clorofila de los cloroplastos. Sigue la numeración.

4. El Sol es la fuente de energía. Emite radiaciones que se diferencian por la cantidad de energía que contienen. De la parte que llega a nuestro planeta, una mínima fracción forma el espectro visible, que los seres humanos y algunos animales identificamos como colores. Esas radiaciones alteran la clorofila, una sustancia de color verde presente en los cloroplastos, que son organelos de las células fotosintetizadoras de las plantas. Veamos cómo llega la luz hasta la clorofila. Para ello, conozcamos en detalle una hoja de la planta.

3

3. El otro insumo es el dióxido de carbono que ingresa a la planta por la epidermis o parte externa de las hojas, a través de pequeños orificios llamados estomas. Estos permiten el intercambio de los gases oxígeno y dióxido de carbono con el medio.

2. El agua, con minerales ahora denominados en conjunto, savia bruta, llega hasta el xilema, que los transporta hacia el tallo y las hojas por procesos de ósmosis.

1. Los insumos: agua y minerales disueltos en ella, ingresan por los pelos absorbentes de la raíz por medio de dos vías: intracelular y extracelular. 1.1 Vía intracelular El agua y los minerales disueltos en ella se desplazan por el citoplasma de una célula al de la siguiente, gracias a los plasmodesmos, puentes citoplasmáticos que unen y comunican a las células vegetales. 1.2 Vía extracelular El agua y los minerales pasan por las paredes de las células y se desplazan entre la pared y la membrana celular de célula a célula, hasta llegar al interior de los tejidos conductores.

44

Floema Xilema Savia bruta

2 H2O

Los pelos radicales aumen­tan la superficie de absorción de las raíces.

1

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5. Al realizar un corte transversal de una hoja, se diferencia en ella una capa llamada mesófilo, dispuesta como un emparedado, entre dos capas de epidermis. En el mesófilo, se encuentran las células que tienen abundantes cloroplastos.

Epidermis

Célula rica en cloroplastos

Parénquima de empalizada

Mesófilo

Parénquima esponjoso Xilema Tilacoide Floema

Células ricas en cloroplastos

Has vascular

6. Cada cloroplasto está rodeado por una membrana doble. La membrana interna contiene una sustancia semilíquida, llamada estroma, donde están las enzimas y las materias primas necesarias para la fotosíntesis. Dentro del estroma se encuentran unos sacos membranosos de color verde, apilados unos sobre los otros. Cada saco se denomina tilacoide y cada pila se denomina grana. Las membranas de los tilacoides contienen el pigmento verde, llamado clorofila, y pigmentos de otros colores. Estroma

7. El proceso de fotosíntesis se divide en dos fases: clara y oscura.

Convenciones Glucosa Savia elaborada Savia bruta Oxígeno Dióxido de carbono

7.1 Fase clara Lugar: membrana de los tilacoides a. La clorofila de los tilacoides capta la energía de la luz solar y la envía al estroma. b. Las enzimas del estroma utilizan la energía para fabricar ATP y NADPH, que son las moléculas que suministran energía a las células. c. Las moléculas de agua presentes en el estroma se rompen (fotólisis) y liberan oxígeno, que puede ser utilizado durante la respiración o liberado a la atmósfera, a través de los estomas. 7.2 Fase oscura Lugar: estroma a. El ATP y el NADPH brindan la energía para el proceso de fijación del carbono del CO2 necesario para fabricar glucosa b. Se fija el carbono del dióxido de carbono CO2 y se fabrica el azúcar por un proceso conocido como ciclo de Calvin. En cada vuelta del ciclo, se incorpora una molécula de CO2 y se necesitan seis vueltas para producir una molécula de glucosa.

8. Los azúcares fabricados o savia elaborada es enviada a los lugares de la célula, donde se necesitan. Si no se utilizan inmediatamente, permanecen en el cloroplasto, donde se convierten en almidón o son conducidos a otras partes, donde se almacenan, por ejemplo, en los frutos.

+ Seis moléculas de dióxido de carbono 6CO2

+

+ Seis moléculas de agua

Forman un azúcar

6H2O

C6H12O6

Seis moléculas de oxígeno +

6O2 ©

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Competencias científicas

INTERPRETO A F I A N Z O

1 Observa las imágenes que muestran los cam-

bios que presenta una planta durante su ciclo de vida. Con base en ellos, realiza las actividades 2 y 3. Fruto, que contiene la semilla

Ovario, que contiene al óvulo

C O M P E T E N C I A S

Plántula

Planta madura con flores, donde ocurre la fertilización

Embrión Semilla, que germina

2 Explica qué actividades catabólicas realiza la

Los metabolitos secundarios de las plantas son fundamentales para su supervivencia. Las plantas realizan anabolismo durante la germinación de las semillas. La síntesis de proteínas es una actividad catabólica.

8 Clasifica, en la tabla, las siguientes sustancias

y estructuras de acuerdo con el papel que cumplen en la fotosíntesis. Glucosa Agua Proteínas Minerales Savia bruta Cloroplastos Insumos

Maquinaria fotosintetizadora

Productos

semilla durante su proceso de germinación.

3 Describe dos procesos anabólicos realizados por la plántula a medida que crece.

4 Une, mediante una línea, cada estructura con su función en la célula. Plasmodesmos

Realizan la fotosíntesis.

Ribosoma

Contienen la clorofila.

Proteínas

Ejecutan reacciones metabólicas.

Vacuolas

Son puentes de citoplasma que comunican las células vegetales.

Tilacoides

Almacenan agua y nutrientes.

Cloroplastos

Sintetizan las proteínas.

9 Describe el proceso de fotosíntesis, a partir de la siguiente imagen y sus convenciones.

Convenciones Glucosa

5 Responde: ¿en qué etapa de la fotosíntesis

Savia elaborada

ocurre la formación de la glucosa?

Savia bruta

6 Explica por qué las plantas no producen azú-

car en la oscuridad, a pesar de que este proceso no requiere energía solar directa.

7 Lee cada una de las siguientes afirmaciones.

Subraya, en cada afirmación, las palabras erradas y luego escribe, en tu cuaderno, las afirmaciones utilizando las palabras correctas.

46

Estroma Clorofila Oxígeno Energía solar Savia elaborada Dióxido de carbono

Oxígeno Dióxido de carbono

10 Explica: Cada término que aparece en las convenciones. Por qué unas flechas se dirigen hacia el árbol y otras hacia el ambiente.

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Identificar •

Indagar •

11 Analiza la siguiente información. Con base en ella, completa los enunciados 12 a 14, seleccionando la opción correcta en cada caso.

La nave espacial Viking fue enviada a Marte en 1976 en busca de señales de vida; por ello fue programada para que realizara los dos experimentos descritos a continuación:

Explicar •

Comunicar •

Trabajar en equipo

13 En el experimento B, el segundo paso con-

siste en calentar la muestra para esterilizarla, es decir:

eliminar todos los gases. matar microorganismos. derretir el polvo. todas las anteriores. ninguna de las anteriores.

14 Si el experimento A era positivo y el B era negativo, se entendería que:

Experimento A. 1. Recoger polvo de la superficie en un contenedor especial. 2. Agregar al contenedor una mezcla de gases, incluyendo 14CO2 (dióxido de carbono 14). El carbono 14 es un elemento radioactivo que se puede detectar por métodos químicos. 3. Exponer el contenedor a la luz solar. 4. Retirar el 14CO2 gaseoso del contenedor. 5. Calentar el polvo a 650 °C para evaporar los compuestos presentes en el polvo. 6. Examinar la muestra en busca de compuestos que contengan 14C. Experimento B, que se debía realizar si se encontraba 14C y que consistía en: 1. Tomar la muestra de polvo. 2. Esterilizar la muestra calentándola a más de 100 °C. 3. Realizar todos los pasos del experimento A. De haberse encontrado vida en Marte, se esperaba que si el experimento A era positivo, el B no lo fuera.

12 La presencia de 14C al final del experimento A, podría indicar que hubo:

reacciones lumínicas. fijación de carbono. aprovechamiento de CO2 gaseoso. todo lo anterior.

El 14CO2 gaseoso se había incorporado al polvo mediante procesos biológicos y, por lo tanto, en Marte había microorganismos fotosintetizadores. La atmósfera de Marte desintegraba el CO2. En Marte había un proceso químico natural por el que el CO2 gaseoso se incorporaba al suelo, sin intervención de organismos.

ARGUMENTO 15 Explica la importancia de la vegetación en las cadenas alimentarias.

Desarrollo compromisos personales y sociales

PROPONGO 16 Lee la siguiente información y, con base en ella, realiza las actividades 17 a 19.

Una “zona verde” es aquella que está cubierta por vegetación. Una de sus ventajas es la de contribuir a purificar el aire a su alrededor.

17 Escribe cinco ventajas de tener zonas verdes.

18 Elabora un afiche que promueva la implementación de zonas verdes en los alrededores de las casas y del colegio. Publícalo en la cartelera escolar.

19 Prepara una exposición acerca de la impor-

tancia de las plantas para los ecosistemas y cómo podemos utilizarlas para tener un ambiente más limpio. ©

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SOY CIENTÍFICO NATURAL Observa lo que ocurre cuando las plantas son expuestas a la luz Pregunta problematizadora

Objetivos 1. Demostrar que las plantas producen oxígeno y consumen dióxido de carbono durante la fotosíntesis. 2. Desarrollar habilidades y destrezas para realizar experimentos.

Parte A. Las plantas y el oxígeno

Conceptos clave Fotosíntesis, oxígeno, dióxido de carbono, luz solar, cloroplastos, fase clara, fase oscura.

1. Pon las plantas en el fondo de un vaso y cúbrelas con el embudo. Es recomendable dejar un pequeño espacio entre el fondo del vaso y el embudo.

Materiales Dos vasos de vidrio transparente Un frasco de vidrio transparente con tapa Un vaso de yogur desocupado Dos embudos de vidrio transparente Dos tubos de ensayo Sal de frutas Hojas verdes Fósforos Plantas acuáticas

¿Qué ocurre cuando las plantas son expuestas a la luz? Procedimiento

2

5

Metodología de trabajo Individual.

7

2. Vierte agua en el vaso hasta que esté casi lleno. 3. Llena completamente el tubo de ensayo con agua, de tal manera que, en su interior, no quede ninguna burbuja de aire. 4. Tapa, con tus dedos, la boca del tubo de ensayo y rápidamente colócalo invertido sobre el cuello del embudo. 5. Instala el experimento cerca de una ventana u otro lugar donde reciba buena luz solar. Déjalo así durante una hora, y durante este lapso de tiempo, toma nota de lo que sucede cada 10 minutos. 6. Saca el tubo de ensayo del agua, en posición vertical, con el extremo cerrado hacia arriba. Tapa bien su boca con tu dedo pulgar. 7. Enciende un fósforo, apaga la llama y, mientras el fósforo aún está incandescente, introdúcelo en el tubo de ensayo. Toma nota de lo que sucede. 8. Repite los pasos anteriores, pero esta vez deja el vaso con la planta y el tubo de ensayo en un lugar donde no reciba luz.

4 8 Acción de pensamiento: establezco relaciones causales entre los datos recopilados.

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Me aproximo al conocimiento como científico natural Parte B. Las plantas y el dióxido de carbono

Resultados

1. Adiciona cuatro cucharadas de sal de frutas en el frasco de vidrio. Llena, con agua, el vaso de yogur hasta una cuarta parte de su volumen. Luego, colócalo dentro del vaso de vidrio.

Parte A Tabla de resultados paso 5 Minuto

Observaciones

0 10 20 30 40

2. Cubre el agua con una capa de hojas verdes.

50 60

Anotaciones paso 7

Parte B Anotaciones paso 5 3. Con un vaso, vierte agua lentamente por el borde del frasco, hasta que la sal de frutas quede bien cubierta. Tapa inmediatamente el frasco y toma nota de lo que observas.

Anotaciones paso 6

Análisis de resultados 1. ¿Cuál gas crees que desplazó al agua y ocupó su puesto en el tubo de ensayo? Explica tu respuesta. 2. ¿Por qué crees que el fósforo vuelve a encenderse cuando entra en contacto con este gas?, ¿cómo crees que este experimento se relaciona con la función que el oxígeno desempeña dentro de los organismos? 4. Destapa el frasco, realiza rápidamente la prueba del fósforo que hiciste en la primera parte del laboratorio y tapa nuevamente el frasco. Toma nota de los resultados. 5. Deja el frasco tapado durante una hora, en un lugar donde reciba la luz del sol. Describe en la tabla de resultados lo que sucede. 6. Destapa el frasco y repite nuevamente la prueba del fósforo.

3. ¿Qué gas crees que se produjo cuando el agua entró en contacto con la sal de frutas? Justifica tu respuesta. 4. ¿Por qué crees que este gas desapareció luego de dejar la planta durante una hora a la luz del sol?, ¿sucede lo mismo cuando el frasco se deja en un lugar oscuro? Conclusiones ¿Qué ocurre cuando las plantas son expuestas a la luz y cómo lo puedes comprobar? ©

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Entorno vivo

3.

Lexicón Aeróbico: palabra compuesta de dos raíces griegas: aero que significa “aire” y bios que significa “vida”. Aeróbica es la vida con aire. Anaeróbico: al agregar la raíz griega an, que significa “sin”, la palabra adquiere el sentido opuesto. Anaeróbica es la vida sin aire.

Algunas células permiten a los animales encontrar su alimento y otras les permiten huir de sus depredadores. Todas ellas realizan sus funciones gracias a la energía que obtienen a partir de la respiración celular, generalmente mediante rutas aeróbicas, en las que las mitocondrias de las células juegan un papel fundamental.

Mitocondria

Célula Tejido muscular

La respiración es una actividad catabólica

Recurso imprimible

La respiración es el conjunto de procesos que permiten a los seres vivos liberar la energía contenida en los nutrientes con el fin de utilizarla en la realización de sus funciones vitales. En los nutrientes, la energía se encuentra almacenada en los enlaces químicos que unen los átomos de las moléculas que los forman. Para liberar esta energía, es necesario romper los enlaces y descomponer las moléculas; por lo tanto, la respiración es una actividad catabólica. Ocurre en todos los seres vivos, tanto en los que elaboran su propio alimento, como en los que lo obtienen de otros organismos. En la mayoría de seres vivos, la respiración requiere oxígeno (O2) y deja como residuo dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O). Los gases oxígeno y dióxido de carbono pueden estar disueltos en un medio gaseoso como el aire, o uno acuoso como el mar, un río o el citoplasma. Cada organismo debe contar con una superficie de su cuerpo que ponga en contacto el medio externo con el interno, para que el oxígeno (O2) ingrese y el dióxido de carbono (CO2) salga. Por esa razón, la respiración también suele ser definida como el intercambio de gases entre el organismo y el medio que le rodea.

Respiración celular

Enlace web 3.1 La respiración celular es el proceso de degradación de nutrientes que ocurre dentro de las células de los seres vivos para la obtención de energía. Estos nutrientes incluyen ácidos grasos, cuerpos cetónicos y carbohidratos, de los cuales se obtiene principalmente la glucosa que es la molécula energética más ampliamente utilizada por los seres vivos.

Se puede obtener energía de la glucosa mediante distintas rutas metabólicas. Estas se clasifican en rutas aeróbicas, si utilizan oxígeno, y anaeróbicas, si no lo utilizan. De hecho, para realizar la respiración aeróbica la glucosa debe ser separada en dos partes mediante una ruta anaeróbica. La capacidad de una célula para realizar respiración aeróbica o anaeróbica depende de la maquinaria enzimática, es decir, el conjunto de proteínas cuya función es facilitar cada una de las reacciones de la ruta metabólica. Dado que las proteínas se elaboran siguiendo las instrucciones del ADN, una mutación o variación que conduzca a formar enzimas defectuosas impide que las rutas se completen, a tal punto que la célula puede no sobrevivir, por no ser capaz de recuperar la energía que gasta en funcionar. Mitocondria Célula

Tejido muscular

5 0 Acción de pensamiento: explico la forma como los monera, los protistas y los hongos realizan el proceso de respiración.

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Componente Procesos biológicos 3.1.1 Respiración celular aeróbica La respiración celular aeróbica es aquella que se realiza en el interior de las células y en presencia de oxígeno. El principio de la respiración aeróbica es la oxidación, que es un proceso químico en el que reaccionan dos compuestos, uno de los cuales (también llamado agente oxidante) extrae los electrones que mantienen unidos los átomos del otro compuesto (llamado agente reductor). Este proceso libera la energía de los enlaces que esos electrones formaban. Las personas dedicadas al estudio de la química representan estos procesos por medio de ecuaciones, que son descripciones de una reacción química en las que se utilizan símbolos. Por ejemplo, la ecuación de la oxidación de la glucosa se representa así: C6H12O6 Una molécula de glucosa

+

6O2

6CO2

Seis moléculas de oxígeno

Seis moléculas de dióxido de carbono

+

6H2O Seis moléculas de agua

+

Mis compromisos personales y sociales Problema: la tala de árboles a gran escala amenaza el bienestar de los seres que poseen respiración aeróbica, como los seres humanos, ya que el oxígeno que respiramos se recicla mediante la fotosíntesis. Solución: realiza acciones, como sembrar árboles y reciclar papel, encaminadas a proteger los árboles, ahora y en el futuro.

Energía

De forma esquemática, podríamos representarla así:

+ Una molécula de glucosa

+ Seis moléculas de oxígeno

Producen

Seis moléculas de dióxido de carbono

+ Seis moléculas de agua

Energía Cadena respiratoria

En la oxidación de la glucosa: Las sustancias que reaccionan son

Los productos que se obtienen son

Una molécula de glucosa

Seis moléculas de dióxido de carbono

Ciclo del ácido cítrico

Seis moléculas de agua Seis moléculas de oxígeno

Energía

Este proceso ocurre en tres etapas: glicólisis, ciclo de Krebs y la cadena respiratoria, cada una ejecutada por un conjunto de enzimas. Glicólisis o glucólisis. Esta vía metabólica ocurre en el citoplasma y consiste en la ruptura de la glucosa en dos partes llamadas piruvato, de tres carbonos cada una. Entonces se producen dos moléculas de ATP y agua.

Ciclo de Krebs o ciclo del ácido cítrico. El piruvato producido en la glicólisis se desplaza al interior de la mitocondria donde se une a otros dos compuestos y el conjunto es oxidado poco a poco. Al final, se produce CO2 y ATP, y se ceden electrones muy energéticos a moléculas transportadoras de electrones. En cada ciclo, se produce ATP, CO2 y otras moléculas que participan en la siguiente etapa.

Cadena respiratoria o síntesis de energía. Ocurre en la mitocondria y durante esta etapa se forma la mayor cantidad de ATP. El ATP está formado por una estructura principal unida a una cadena de tres grupos fosfato, es decir, contienen fósforo. Cuando el grupo fosfato del extremo se separa del resto se libera energía, y la estructura queda con solo dos grupos fosfato (ADP o Adenosín difosfato). En la cadena respiratoria ocurre lo contrario: se une el ADP a otro grupo fosfato para restituir el ATP, de manera que durante la respiración celular se producen en promedio 32 moléculas de ATP por cada molécula de glucosa.

Oxidación del piruvato

Citoplasma

Mitocondria

Piruvato Glicólisis

Glucosa ©

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51

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3.1.2 Respiración celular anaeróbica La respiración celular anaeróbica es similar a la aeróbica por usar una cadena respiratoria para formar el ATP y se diferencia de esta por utilizar agentes oxidantes distintos al oxígeno. Los agentes oxidantes inorgánicos tienen una capacidad para extraer electrones menor que la del oxígeno, por tanto, en este tipo de respiración la cantidad de ATP elaborado por cada molécula de glucosa es menor que en la respiración aeróbica. Enlace web 3.1.2.1 Fermentación La fermentación libera la energía de la glucosa y produce compuestos energéticos, al contrario de la respiración celular aeróbica en la que los productos, como el CO2, son compuestos de los que no se puede extraer más energía. Debido a esta propiedad, la fermentación se utiliza en la industria alimenticia para enriquecer el valor nutritivo de algunos alimentos. Los derivados lácteos se obtienen mediante fermentación láctica.

Proceso de obtención de energía mediante la fermentación Fermentación Glucosa

La fermentación no requiere oxígeno y es realizada por organismos que viven en ambientes anaeróbicos, como las aguas estancadas. Algunos organismos de respiración aeróbica también pueden realizar fermentación en condiciones de escasez de oxígeno. Un ejemplo de esto se presenta en nuestros músculos cuando realizamos esfuerzo físico sin el calentamiento adecuado. El calentamiento sirve para que el corazón lata más rápido e ingrese más oxígeno a la sangre por las vías respiratorias, preparando a las células musculares para oxidar la glucosa y producir la energía que necesitamos para realizar el ejercicio. Pero si no calentamos los músculos, la falta de oxígeno obliga a las células a producir ATP de otra manera, mediante la fermentación. Sin embargo, esta reacción produce menos cantidad de ATP y el producto final que se acumula en las células causa el dolor que llamamos comúnmente fatiga muscular. Existen dos tipos de fermentación: La fermentación alcohólica deja como producto un alcohol llamado etanol y es empleada en la producción de licores como el vino y la cerveza.

Piruvato

Lactato o alcohol

La fermentación láctica produce ácido láctico y se utiliza en la elaboración de derivados de la leche como el queso y el yogur. Cada una de las rutas metabólicas que se ha explicado ocurre en un lugar específico de la célula. La siguiente tabla presenta la ubicación de cada una en las células eucariotas y en las procariotas. Fermentación

52

Eucariotas

Procariotas

Citoplasma

Citoplasma

Glicólisis Fermentación

Glicólisis Fermentación Ciclo de Krebs

Mitocondria

Cara interna de la membrana plasmática

Cadena respiratoria Ciclo de Krebs

Cadena respiratoria

Glucosa

Ciclo de Krebs

©

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Componente Procesos biológicos Enlace web

3.2

Respiración en moneras

Los moneras son organismos unicelulares procariotas que intercambian los gases de la respiración por difusión a través de su membrana celular. Según su tipo de respiración se clasifican en: Anaerobios obligados: para estas bacterias el oxígeno es tóxico. Solo pueden vivir en su ausencia realizando respiración anaerobia. Anaerobios facultativos: alternan su respiración entre aerobia y anaerobia dependiendo de las condiciones ambientales. Anaerobios aerotolerantes: realizan respiración anaerobia y resisten condiciones aeróbicas a pesar de no utilizar el oxígeno. Aerobios obligados: no resisten condiciones anaeróbicas por mucho tiempo, pues dependen completamente del oxígeno para respirar.

3.3

Staphylococcus aureus, presente en las infecciones de la piel, es una bacteria anaerobia facultativa de color café en esta imagen.

Respiración en protistas

Los protistas son organismos eucariotas. Al igual que las bacterias realizan el intercambio gaseoso por difusión. La mayoría de protistas realiza respiración aerobia. Sin embargo, dos grupos de este reino carecen de mitocondrias y dependen de la respiración anaerobia. Es el caso de un parásito del sistema urinario y reproductor de los seres humanos llamado Trichomonas vaginalis. En esta imagen el protista de color verde.

3.4

Respiración en hongos

Los hongos son organismos eucariotas. Los multicelulares realizan respiración aeróbica y hongos unicelulares como las levaduras realizan fermentación. Uno de los hongos más importantes para la elaboración de alimentos es la levadura del pan. Para hacer pan, se mezcla la harina, que contiene carbohidratos, con agua y levadura. La levadura digiere parte de los carbohidratos complejos para obtener glucosa y realiza la fermentación. La fermentación libera CO2 y etanol, gases que forman burbujas e inflan la masa. En el horno, la masa se endurece y las burbujas dan la textura esponjosa al pan.

Actualidad científica Actualmente, las bacterias anaerobias son utilizadas en la producción de biocombustibles. Una fuente de glucosa comúnmente utilizada es la caña de azúcar. Mediante la fermentación de la glucosa, se obtiene etanol, un alcohol energético cuya combustión activa los motores de los autos. Con este método, se busca disminuir la dependencia de los combustibles fósiles que son un recurso natural no renovable. ©

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Estoma cerrado

A

Células oclusivas

Respiración en plantas

Recurso

Ampliaciones Actividad

3.5 imprimible multimedia La necesidad de oxígeno para realizar los procesos metabólicos de obtención de la energía contenida en los nutrientes, así como también la eliminación del dióxido de carbono producido por la actividad celular, es común para una gran variedad de seres vivos, desde organismos unicelulares hasta organismos pluricelulares. Mientras que los organismos unicelulares realizan el intercambio gaseoso en forma directa con el medio que los rodea, los diversos grupos de animales han desarrollado distintas estructuras para llevar a cabo la respiración. En el caso de las plantas, la respiración o el intercambio gaseoso con el ambiente ocurre a través de estructuras llamadas estomas. Los estomas son espacios intercelulares que se encuentran en la epidermis de las hojas, principalmente por el envés. Están formados por dos células especializadas llamadas células oclusivas o células del guarda, que tienen forma de riñón y dejan una abertura o un poro llamado ostiolo por donde se realiza el intercambio de gases. Este poro se cierra automáticamente cuando aumenta la concentración de CO2 intracelular y también en condiciones de sequedad ambiental. Los estomas de la mayoría de las plantas están abiertos durante el día y cerrados durante la noche. El tamaño del poro regula la capacidad de intercambio de gases y de pérdida de agua de la planta.

Estoma abierto

B

Ostiolo Intercambio gaseoso

Células oclusivas

Además de la respiración, las plantas llevan a cabo la fotosíntesis, una serie de reac­ ciones químicas por medio de las cuales fabrican su alimento. Como se estudió durante la fotosíntesis, la planta capta el dióxido de carbono del ambiente para producir glucosa y oxígeno. El oxígeno resultante de la fotosíntesis es liberado a la atmósfera y, posteriormente, es utilizado por los animales y por las mismas plantas para llevar a cabo la respiración celular, que produce dióxido de carbono como gas de desecho, el cual es reciclado nuevamente por las plantas. Gracias a esto, las plantas favorecen el equilibrio entre el oxígeno y el dióxido de carbono atmosféricos. Por lo tanto, la respiración y la fotosíntesis son dos procesos con distintas funciones: Durante la respiración, las plantas absorben oxígeno del aire y liberan dióxido de carbono al ambiente. Durante la fotosíntesis, las plantas absorben dióxido de carbono del aire y liberan oxígeno al ambiente. La fase luminosa de este proceso ocurre necesariamente durante el día o en presencia de luz. La respiración celular de las plantas es similar a la de los animales y la de otros eucariotas. Sin embargo, se diferencia de ellas en ciertos aspectos como los siguientes: Comúnmente utiliza otros carbohidratos distintos a la glucosa, además de lípidos y proteínas.

Cuando las células oclusivas de los estomas están llenas de agua, las plantas tienen los estomas cerrados (A), y no hay intercambio gaseoso. Cuando las células oclusivas han perdido parte del agua que tenían, las plantas tienen los estomas abiertos (B), y se produce el intercambio gaseoso.

54

Las rutas metabólicas y las enzimas que la realizan tienen algunas características especiales que no se encuentran en otros grupos de seres vivos. En suelos inundados o pantanosos algunas plantas son capaces de realizar fermentación para producir energía en condiciones de escasez de oxígeno.

Argumento Explica por qué es útil para algunos organismos eucariotas tener la capacidad de realizar fermentación y respiración aeróbica a la vez.

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SOY CIENTÍFICO NATURAL

Me aproximo al conocimiento como científico natural

Observa el efecto de la fermentación en la elaboración del pan Objetivos: 1. Observar el crecimiento de la masa de pan debido a la respiración de la levadura. 2. Desarrollar habilidades para comprobar hipótesis. Conceptos clave Glucosa, fermentación alcohólica, levadura. Materiales Dos recipientes medianos 500 g de harina de trigo 6 cucharadas de levadura seca Una taza de agua tibia 3 cucharadas de azúcar (glucosa) Regla Metodología de trabajo Individual

Pregunta problematizadora ¿Qué función tiene la glucosa en el proceso de fermentación? En este laboratorio verificarás la importancia de la glucosa en el proceso de fermentación. Procedimiento 1. Agrega tres cucharadas de levadura a cada recipiente. Vierte agua con azúcar en uno, y agua pura en el otro. Rotula los recipientes y déjalos reposar por 15 minutos. Escribe en tu cuaderno lo que sucedió. 2. Divide la harina en dos partes y esparce cada una sobre una superficie lisa. 3. Mezcla cada mitad de la harina con el contenido de cada recipiente. Pega una cinta, en la superficie de trabajo, que señale cuál masa tiene azúcar y cuál no. 4. Mezcla con las manos cada parte, agregando agua poco a poco, hasta obtener una masa consistente que no se pegue a los dedos. Mide la altura que alcanza cada masa y escribe el valor en la tabla de resultados en la casilla llamada Tiempo 0. Deja reposar las dos partes de la masa. 5. Plantea una hipótesis sobre qué sucederá con cada una de las masas. 6. Al cabo de 10 minutos, mide nuevamente la altura de cada masa (Tiempo 1). 7. Amasa nuevamente las dos partes de la masa, déjalas reposar por otros 10 minutos y mide la altura final de cada una (Tiempo 2). Resultados

Tabla de resultados Altura de la masa Tiempo

Con azúcar

Sin azúcar

1. Describe en qué cambió la levadura después de permanecer un tiempo en el agua. 2. Registra las mediciones en la tabla de resultados. Análisis de resultados

0

Analiza y responde

1

1. ¿Cómo explicas el cambio que sufrió la levadura al ser sumergida en agua?

2

2. ¿Cuál de las dos masas aumentó más su volumen? Conclusiones 1. ¿Cómo fueron los resultados de tus observaciones con respecto a la hipótesis planteada? 2. ¿Fueron muy diferentes los resultados con respecto a lo que esperabas? Explica cuáles pudieron ser las causas de esa diferencia. Acción de pensamiento: realizo experimentos y verifico el efecto de modificar variables para dar respuesta a preguntas.

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Competencias científicas

5 Las esferas rojas representan protones, es

INTERPRETO A F I A N Z O

decir, partículas cargadas positivamente. Los protones viajan del espacio A al espacio B gracias a:

1 Completa una tabla como la del modelo sobre las siguientes rutas metabólicas. Respiración aeróbica

Características ¿Requiere oxígeno?

No

¿Produce mucha energía?

No

¿Incluye cadena respiratoria?

C O M P E T E N C I A S

Respiración anaeróbica

La bicapa lipídica de la membrana celular. La bicapa lipídica de la membrana mitocondrial. La enzima de la membrana celular. La enzima de la membrana mitocondrial.

Fermentación

6 Los protones viajan del espacio A al espacio B:

2 Observa el siguiente esquema que repre-

senta el último paso de la respiración celular aeróbica. Con base en este, subraya la opción correcta para completar los enunciados 3 a 9.

A favor del gradiente de concentración. En contra del gradiente de concentración. Con gasto de energía en forma de ATP. Por endocitosis.

Membrana

7 El tipo de reacciones en las que se emplea o se

H

H

H�

H�

Espacio A H�

H�

H�

H�

Enzima

H�

Protones H�

H� H�

invierte el ATP es:

H� H�

H�

H�

H�

Membrana Espacio B

H�

H�

En las catabólicas o de ruptura. En las anabólicas o de construcción. Tanto en las anabólicas como en las catabólicas. Ninguna de las anteriores.

H� H�

8 En el espacio B, se representa el proceso de:

Protones

ADP

1 OP H1

ATP

3 El proceso representado está ocurriendo en: Las mitocondrias. Los cloroplastos. Los ribosomas. El citoplasma celular.

Formación de ATP, a partir de ADP. Formación de ADP, a partir de ATP. La glicósilis. La formación de piruvato.

9 Señala, el lugar de la célula donde está ocurriendo el proceso representado en el esquema.

4 Las membranas que se observan hacen parte de:

La membrana celular. La membrana nuclear. La mitocondria. El citoplasma celular.

56

10 Realiza un diagrama que represente la secuencia de procesos por los que atraviesa la energía del sol hasta ser atrapada en forma de ATP, incluyendo la respiración aeróbica y anaeróbica.

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Identificar •

Indagar •

11 Lee el siguiente experimento.

Cultivos Tipo de respiración

2

Comunicar •

Trabajar en equipo

15 Lee el siguiente texto y, con base en él, realiza

En un laboratorio, se realizaron cuatro cultivos de bacterias que fueron expuestas a condiciones cambiantes de oxígeno en el ambiente, en cuatro períodos de tiempos consecutivos, como muestra la tabla. El crecimiento de los cultivos se simboliza en la tabla con un 3 y su muerte con una 7. 1

Explicar •

3

4

Condiciones Condiciones Condiciones Condiciones aeróbicas anaeróbicas aeróbicas anaeróbicas 3

3

3

3

7

7

7

7

3

7

7

7

3

3

3

3

las actividades 16 y 17.

La historia de la atmósfera La atmósfera rica en oxígeno que conocemos es muy diferente de la que había en los inicios de la vida, hace 3.000 millones de años (m. a.). Al comienzo, no había oxígeno molecular (O2) en estado gaseoso y los procariotas eran anaeróbicos. Hace 2.500 m. a. aparecieron las primeras bacterias capaces de transformar mediante la fotosíntesis el oxígeno del agua (H2O) en oxígeno molecular. Este se empezó a acumular y causó la muerte a muchos procariotas anaerobios, al tiempo que nuevos organismos aerobios comenzaban a proliferar. Hace 1.500 m. a. la concentración de oxígeno se incrementó lo suficiente como para soportar la vida de las células eucariotas que tienen mayor tamaño que las procariotas. Desde entonces, la forma de vida eucariota comenzó su evolución y diversificación. Hoy en día, el oxígeno de la atmósfera proviene de la fotosíntesis realizada por las cianobacterias, las plantas y las algas.

16 ¿Qué tipo de respiración tendrían los prime12 Analiza en la tabla los resultados del expe-

rimento descrito. Escribe, en la columna de la izquierda, si cada grupo de bacterias era aeróbico obligado, anaeróbico facultativo, anaeróbico obligado o anaeróbico tolerante.

ARGUMENTO 13 Lee la siguiente información. De acuerdo con la actividad que realizan, las células poseen mayor o menor cantidad de mitocondrias. Por ejemplo, las células nerviosas o neuronas, las células del corazón y los espermatozoides se caracterizan por tener un abundante número de mitocondrias en comparación con otros tipos de células.

14 Responde: ¿Qué explicación tiene esta característica especial? ¿En qué otras células esperarías encontrar un alto número de mitocondrias?

ros organismos? Explica tu respuesta.

17 Confirma o refuta la siguiente afirmación con

dos razones: es muy probable que los procariotas que se extinguieron cuando empezó a liberarse oxígeno molecular a la atmósfera fueran anaerobios facultativos.

18 ¿Por qué no se acaba el oxígeno si es consu-

mido por los seres vivos aeróbicos a medida que respiran? Justifica tu respuesta.

Desarrollo compromisos personales y sociales

PROPONGO 19 Elabora un afiche que explique el proceso de formación de la atmósfera actual.

20 Prepara, con uno de tus compañeros, una

exposición acerca de la relación entre la fotosíntesis y la respiración, en la que incluyan un mensaje de cuidado de la atmósfera. ©

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Entorno vivo

Respiración en animales

Animales extremos

Las aves tienen el sistema respiratorio más eficiente entre los animales y por ello, pueden habitar o transitar por lugares donde el contenido de oxígeno es más bajo. Por ejemplo, el buitre del Himalaya vive a 6.000 m de altitud donde la concentración de oxígeno es menor que en la mayoría de lugares del planeta. Otras aves no viven allí permanentemente, solo atraviesan estas montañas durante su migración estacional.

Ampliaciones

multimedia 4. En el interior de las células de los animales, los nutrientes son degradados en las mitocondrias mediante la respiración celular. Para llevar a cabo esta degradación, se requiere oxígeno y se obtienen energía y sustancias de desecho, como el dióxido de carbono, que debe ser eliminado. El oxígeno procede del medio externo, al que también se expulsa el dióxido de carbono. Este intercambio gaseoso se realiza en el sistema respiratorio que posee superficies de intercambio.

Las superficies de intercambio son las regiones del sistema respiratorio a través de las cuales se produce el paso de gases entre el exterior y el interior del organismo. Para que este intercambio se realice de forma satisfactoria, las superficies deben ser delgadas, encontrarse siempre húmedas y estar revestidas de un gran número de vasos sanguíneos, con el fin de facilitar el intercambio de gases.

Respiración aérea frente a respiración acuática 4.1

El medio aéreo y el acuático ofrecen condiciones distintas en cuanto a humedad y disponibilidad de oxígeno. Por eso, los organismos que viven en ellos tienen estructuras adaptadas a cada medio. El aire atmosférico contiene mucho más oxígeno que el agua, siendo la proporción de este gas en el aire casi constante, pues el oxígeno consumido en la respiración iguala al liberado en la fotosíntesis. Por el contrario, en el medio acuático la proporción de oxígeno disuelto varía, siendo menor su disponibilidad en el agua marina que en el agua dulce, y en ambos casos, la solubilidad del oxígeno en el agua disminuye a medida que aumenta la temperatura de esta. En el agua, el oxígeno es escaso y muchos animales acuáticos se ven obligados a nadar continuamente, por lo que gastan más energía que los animales terrestres. Así mismo, los animales acuáticos tienen que hacer pasar una mayor cantidad de agua por sus superficies respiratorias, lo que implica un gran desarrollo de las estructuras respiratorias, como las branquias. Sin embargo, el medio acuático proporciona una ventaja a los animales que habitan en él: no tienen los problemas de pérdida de agua por las superficies respiratorias que presentan los animales terrestres.

Tipos de respiración

Todos los animales necesitan oxígeno para respirar. Algunos, como los peces lo toman del que está disuelto en el agua; otros como esta foca, lo toman del aire.

4.2 Los animales relativamente más sencillos, como las esponjas, los pólipos y las medusas, no tienen sistemas respiratorios y el intercambio de gases se realiza a través de toda la superficie del cuerpo. El resto de animales poseen un sistema respiratorio adaptado al medio en el que viven y asociado al sistema circulatorio, que transporta los gases a las células y de estas al exterior del organismo. Podemos distinguir cuatro tipos de respiración en los animales: cutánea, branquial, traqueal y pulmonar.

5 8 Acción de pensamiento: explico los mecanismos que utilizan los animales para realizar el proceso de respiración.

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Componente Procesos biológicos Enlace web

4.2.1 Respiración directa Es el intercambio directo de los gases respiratorios entre el cuerpo del animal y el ambiente, sin la participación de órganos especializados en esta función.

Mis compromisos personales y sociales

Es un mecanismo propio de animales con cuerpos relativamente sencillos, pequeños o en estado de desarrollo. En estos, los gases atraviesan las membranas celulares por el proceso de difusión, es decir, las partículas de gas viajan de un lugar de mayor concentración a otro de menor concentración sin gasto de energía y sin necesidad de proteínas transportadoras. Como el oxígeno se consume en el interior de las células, siempre se mantiene una concentración menor que en el medio circundante, de modo que este gas tiende a entrar. Lo contrario sucede con el dióxido de carbono que se produce continuamente en las células y tiende a salir.

Una de las consecuencias del calentamiento global es el aumento de la temperatura del agua. Este cambio hace que el oxígeno disuelto se evapore más rápidamente hacia la atmósfera, lo que afecta negativamente a los organismos que dependen de este para su respiración. Podemos combatir el calentamiento global con prácticas sencillas como disminuir el consumo de energía y combustibles, y caminar y montar bicicleta más a menudo para transportarnos.

En los animales de respiración directa, toda la superficie del cuerpo realiza el intercambio gaseoso. Los poríferos, los cnidarios y los nematelmintos tienen respiración directa. 4.2.1.1 Poríferos El cuerpo de los poríferos o las esponjas consta de una pared tubular llena de poros, a través de los cuales circula el agua de afuera hacia adentro hasta desembocar en el atrio o espacio interno, y salir por el orificio superior llamado ósculo. Esa corriente es impulsada por el movimiento de los flagelos de unas células llamadas coanocitos, que forman la capa externa. A través de esa capa ocurre el intercambio gaseoso, y el oxígeno se difunde hacia el resto del cuerpo.

Ósculo (entrada de agua y nutrientes)

Coanocito

Salida de agua y sales

4.2.1.2 Cnidarios Los cnidarios, como hidras, medusas y corales, tienen respiración directa. Aunque su forma y funcionamiento son distintos al de los poríferos, se asemejan a estos por tener dos capas de células y una matriz extracelular que las separa y a través de la cual se difunden los gases respiratorios. En esa matriz flotan otros tipos de células que cumplen distintas funciones y que, en general, consumen poca energía, lo que ayuda a ahorrarla en el ambiente marino donde cazan con poca frecuencia. Dichas células, por lo tanto, también tienen una velocidad de respiración menor que las demás. 4.2.1.3 Nematelmintos Los nematelmintos o nematodos son gusanos redondos que, a pesar de tener distintos órganos, carecen de sistema respiratorio ya que son tan pequeños que pueden respirar directamente. Intercambian gases con el exterior a través de una cutícula o capa externa que protege su cuerpo, y también a través del intestino que está formado por una sola capa de células. Estos organismos son llamados microaerófilos porque sobreviven con bajas concentraciones de oxígeno en el ambiente, como las que se presentan dentro de las plantas o los animales que muchos de ellos parasitan.

Oxígeno Dióxido de carbono

Difusión de gases Hembra Zona germinal Ovario

Boca

Macho Poro excretor

Boca Papila genital

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Ano

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Enlace web

4.2.2 Respiración cutánea Es el intercambio gaseoso que se realiza a través de la piel. Los animales de respiración cutánea deben tener una superficie externa con las siguientes características: Mantenerse húmeda. La respiración cutánea se realiza a través de la piel. 1. El oxígeno del aire pasa a la sangre. 2. El oxígeno de la sangre pasa a las células. 3. El dióxido de carbono producido en las células pasa a la sangre. 4. El dióxido de carbono sale al aire.

Dióxido de carbono

4

Exterior

Oxígeno 1

Piel del animal 3

2

Ser muy fina. Estar irrigada por muchos vasos sanguíneos. Para mantenerse húmeda, la piel cuenta con células glandulares que secretan un mucus, que es una sustancia gelatinosa. El mucus capta el oxígeno del aire el cual, una vez disuelto en el medio líquido, se difunde a través de la membrana celular de las células externas de la piel. Después el oxígeno ingresa al sistema circulatorio por los vasos sanguíneos. Al mismo tiempo, el dióxido de carbono que circula por la sangre se difunde hacia el exterior siguiendo el camino contrario. Varios grupos de animales presentan respiración cutánea, entre ellos invertebrados como los moluscos y los anélidos, y vertebrados como las anguilas y los anfibios. Estos grupos están restringidos a ambientes acuáticos o de mucha humedad ya que, así como los gases se difunden hacia el interior del cuerpo, en ambientes secos el agua del cuerpo se evapora rápidamente. Sin embargo, esto no significa que puedan soportar por igual el aire y el agua, pues cada organismo tiene sus propios rangos de tolerancia. Por ejemplo, las lombrices de tierra tienen respiración cutánea y viven excavando túneles en el suelo, pero si llueve y el suelo se satura de agua deben salir a la superficie para continuar respirando y, como no pueden controlar la pérdida de agua, mueren de deshidratación si no logran encontrar un lugar húmedo a tiempo. 4.2.2.1 Anfibios Los anfibios utilizan la respiración cutánea en combinación con otros mecanismos, ya que tienen branquias cuando son larvas y pulmones cuando son adultos. Dado que los pulmones son órganos para respirar en el aire, cuando los anfibios se sumergen en agua para alimentarse o reproducirse, dependen de la respiración cutánea para realizar el intercambio gaseoso. La mayoría de las especies de anfibios terrestres están limitadas a ambientes húmedos porque pierden agua rápidamente a través de su piel. Son muy sensibles a las alteraciones de los ecosistemas, incluyendo la extracción selectiva de árboles. Esta actividad consiste en talar solamente los árboles más grandes y de mejor madera, que dan sombra a los organismos más pequeños. Sin ellos los rayos solares llegan hasta el piso, la temperatura aumenta y el agua se evapora con mayor rapidez. Por esa razón, los anfibios son uno de los grupos más amenazados en el mundo.

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4.2.3 Respiración branquial Es la respiración que se realiza a través de órganos llamados branquias o agallas, que son extensiones de la superficie del cuerpo plegadas para ocupar poco espacio, que están conectadas con muchos vasos sanguíneos para realizar el intercambio gaseoso.

A

Las branquias son los órganos respiratorios característicos de los organismos acuáticos. Son muy eficientes ya que pueden extraer más del 80% del contenido de oxígeno en el agua. Las branquias están presentes en invertebrados acuáticos como anélidos, moluscos, crustáceos y equinodermos. Entre los vertebrados, las observamos en peces y anfibios inmaduros. También se presentan en organismos terrestres como las cochinillas y las pulgas de agua.

Corte transversal de branquias externas

B

De acuerdo con su ubicación en el cuerpo, las branquias pueden ser externas o internas. Branquias externas Son proyecciones de la piel expuestas al ambiente. Se mueven ligeramente para que circule el agua rica en oxígeno. No tienen protección, por lo que pueden sufrir daños por el roce con objetos o por el ataque de los predadores. Se encuentran en anélidos, moluscos y equinodermos, y en los estados larvarios de anfibios y peces. Branquias internas Estas branquias se localizan en una cavidad del cuerpo llamada cavidad branquial, que las protege del medio externo. No tienen movimiento propio como las branquias externas, por lo que el animal que las posee debe tener un mecanismo independiente para renovar el agua que las baña y esto implica un gasto de energía. Por ejemplo, en los peces el agua entra por la boca y sale por unas ranuras llamadas opérculos, lo que requiere que el pez esté abriendo y cerrando su boca constantemente para mantener el flujo. Sin embargo, este gasto es compensado con una gran eficiencia en la obtención de oxígeno.

O2 CO2

C

Opérculo Branquias

Las branquias internas son los órganos respiratorios de moluscos, crustáceos y peces adultos. De acuerdo con su organización interna, las branquias pueden ser dérmicas o sanguíneas. Branquias dérmicas Se presentan en las estrellas de mar. Son proyecciones de la piel, similares a pequeños dedos y protegidas por espinas, que se distribuyen por toda la superficie del cuerpo. Anatómicamente las branquias dérmicas están formadas por tres capas de tejidos: por fuera piel, en el centro músculo y en el interior peritoneo, que es tejido conectivo. Estas estructuras se conectan con la cavidad interna del cuerpo, o celoma, por el cual fluyen los gases respiratorios, ya que estos animales no tienen sangre sino sistema circulatorio abierto. Branquias sanguíneas Son aquellas que se encuentran irrigadas por vasos sanguíneos. Se encuentran en las larvas de insectos, en los peces y los anfibios.

D Circulación del agua

Vasos sanguíneos Arco branquial

Anfibios como el ajolote (A) poseen branquias externas (B). Los peces (C) poseen branquias internas (D) que pueden estar conectadas directamente con la pared del cuerpo, como en los tiburones, o protegidas por una estructura llamada opérculo, como en la mayoría de los peces. ©

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Lexicón Tráquea: palabra que proviene del griego trakheia que significa “conducto”. Tráquea es un conducto del sistema respiratorio.

El sistema traqueal de los insectos se extiende a lo largo del cuerpo. En algunos, los sacos aéreos están presentes y se contraen y se relajan por la acción de las paredes de su cuerpo, los cuales permiten la entrada y la salida del aire. El grillo (A), la mariposa (B) y todos los escarabajos (C) son insectos y todos ellos poseen sistemas traqueales.

Célula

Traqueola

Saco aéreo

Tráquea Espiráculo Tráqueas

Sacos aéreos

Espiráculos

A

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Traqueolas

4.2.4 Respiración traqueal Es un sistema de intercambio gaseoso formado por conductos llamados tráqueas por los cuales se realiza el intercambio gaseoso. Este tipo de respiración se presenta en los insectos terrestres y en arácnidos, que son animales activos y de metabolismo rápido. Otros animales con necesidades energéticas similares tienen un solo espacio de su cuerpo destinado al intercambio gaseoso, como las branquias o los pulmones, que se comunica con los demás tejidos del cuerpo por medio del sistema circulatorio. Pero los animales de respiración traqueal respiran a través de toda la superficie de los conductos traqueales, que se encuentran muy cerca de los tejidos internos. Las tráqueas funcionan como el sistema de ventilación de un edificio, que está conectado con el exterior y que llega a todos los espacios internos. Asimismo, las tráqueas se conectan con el exterior a través de poros y en el interior se ramifican para abarcar todos los tejidos. Los poros o espiráculos, ubicados a los costados del animal, se abren y se cierran según las condiciones internas y externas, para evitar la pérdida de agua. Este cambio está controlado por los músculos espiraculares, que están bajo el control del sistema nervioso. Las tráqueas se dividen en conductos más delgados llamados traqueolas, donde se hace efectivo el intercambio gaseoso. El número de pares de espiráculos varía entre los distintos grupos de insectos, desde uno hasta once. También varía su ubicación, que puede ser en el tórax, en el abdomen o en los dos. Además, los sistemas traqueales presentan ensanchamientos internos que pueden ser extremos ciegos o partes de un conducto que se llenan de aire. De esta manera, el insecto puede mantener los espiráculos cerrados por un tiempo sin que le haga falta el oxígeno. En los insectos más activos, estos sacos aéreos ocupan más espacio del volumen corporal, que en los de hábitos más pasivos. Algunos insectos de respiración traqueal tienen hábitats acuáticos gracias a una ingeniosa estrategia. Forman una burbuja de aire con la cual se sumergen y de la cual toman el oxígeno que necesitan. Esa burbuja contiene un 80% de nitrógeno y un 20% de oxígeno. A medida que el insecto respira, el oxígeno se agota pero es remplazado por oxígeno del agua circundante que se difunde hacia el interior de la burbuja. El espacio de la burbuja no se reduce porque el nitrógeno no se gasta, pues no es un gas respiratorio. De esta manera, el insecto puede permanecer sumergido por más tiempo del que le permitiría su propio sistema traqueal, si se llenara por completo y cerrara los espiráculos. B

C

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Componente Procesos biológicos 4.2.4.1 Pulmones en libro Los pulmones en libro son órganos respiratorios similares a acordeones que se expanden y contraen, llenándose de aire y permitiendo el intercambio gaseoso entre este y la hemolinfa o sangre de los artrópodos. Estos órganos son característicos de arácnidos. Cada pulmón de libro está formado por una membrana doblada muchas veces, de manera que forma láminas paralelas parecidas a las páginas de un libro. La membrana se ubica en una cavidad del vientre del animal y se conecta con el exterior por un opérculo que controla el flujo de aire. La membrana separa dos espacios: uno está lleno de hemolinfa y el otro está lleno del aire que circula a través del opérculo. A través de la membrana ocurre el intercambio gaseoso por difusión simple.

Las arañas acuáticas forman una cámara de aire con su seda para poder respirar bajo el agua.

Este sistema de respiración incluye un músculo que contrae y expande la cavidad de aire. En ese aspecto, los pulmones de las arañas y los escorpiones funcionan casi como los nuestros. El músculo que ejecuta los movimientos está anclado a la pared dorsal de la cámara de aire, cuando se contrae llena la cámara de aire y cuando se relaja lo expulsa. Este proceso por el que el aire circula a través del sistema respiratorio se denomina ventilación. Arácnidos Los arácnidos son un grupo de artrópodos con cuatro pares de patas y el cuerpo dividido en dos partes: cefalotórax (unión de la cabeza con el tórax) y abdomen. Este grupo incluye a las arañas, los escorpiones y los ácaros. Hay arañas que respiran mediante dos pares de pulmones en libro, pero otras cuentan con respiración traqueal. Se considera que, en la historia de la evolución de las arañas, primero apareció la respiración traqueal y después los pulmones en libro, que son más eficientes para el intercambio gaseoso. Incluso, algunas arañas cuentan con los dos sistemas de respiración. Los escorpiones tienen cuatro pares de pulmones en libro y los ácaros respiran por medio de tráqueas. El plegamiento de la membrana de cada pulmón aumenta la superficie de intercambio gaseoso, pero al mismo tiempo facilita la pérdida de agua. Sin embargo, los escorpiones habitan en lugares secos. ¿Cómo lo logran? Escondiéndose durante el día y realizando sus actividades durante la noche. Este comportamiento es común en muchos otros artrópodos de vida terrestre.

Argumento 1. Responde, ¿por qué generalmente las superficies de intercambio gaseoso son húmedas en el lado que está en contacto con el aire? 2. Explica la importancia de tener estructuras que controlen el flujo de aire hacia el interior de los conductos respiratorios, como los opérculos y los espiráculos.

Abdomen Ostiolo Cefalotórax

Ovario

Intestino Ojos Pedipalpos

Quelíceros Pulmón en libro

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4.2.5 Respiración pulmonar Es la respiración por medio de pulmones y es característica de la mayoría de los vertebrados. Incluso se presenta en algunos peces (los peces pulmonados) que son capaces de resistir largos períodos de tiempo fuera del agua cuando los ríos se secan. Los pulmones son parte del conjunto de adaptaciones que permitió a los vertebrados colonizar los ambientes terrestres. Los pulmones son bolsas internas formadas por membranas, irrigadas por muchos vasos sanguíneos, y conectadas con el exterior a través de un conducto llamado tráquea. Se ventilan por acción de los músculos del tórax. Cabeza Extremidades posteriores

Pulmones

Extremidades anteriores Tráquea Bronquio Pulmones Superficie pulmonar con pliegues que, en anuros, forman pequeños alvéolos.

La superficie pulmonar es más esponjosa que la de los anfibios y con mayor superficie para realizar el intercambio gaseoso.

Tráquea Bronquio Pulmones

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4.2.5.1 Anfibios Los anfibios incluyen a las salamandras, los anuros (sapos y ranas) y las cecilias. En estos grupos, la respiración se logra mediante la combinación de varios sistemas. Las salamandras no tienen pulmones, respiran por la piel y la boca. Los anuros respiran por branquias cuando son larvas y por pulmones, cuando son adultos. En ambos casos, pueden satisfacer su necesidad de oxígeno respirando por la piel, a excepción de algunas especies que la tienen más gruesa para evitar la pérdida de agua. Las cecilias tienen el cuerpo alargado y sin patas, como el de las serpientes. Respiran con un pulmón ya que el otro está reducido. Su piel es gruesa para resistir la sequía, pero esta característica le impide realizar la respiración cutánea. 4.2.5.2 Reptiles Los reptiles dependen totalmente de la respiración pulmonar, ya que sus pulmones están mejor adaptados a la vida terrestre que los de los anfibios. Parte de la diferencia es la presencia de tabiques que extienden la superficie del pulmón, lo que permite un mayor intercambio gaseoso. Entre los reptiles encontramos a las tortugas, los lagartos, las serpientes, los cocodrilos, etc. Las tortugas complementan la respiración pulmonar con la cloacal cuando están bajo el agua. La respiración cloacal consiste en realizar el intercambio gaseoso a través de la cloaca, que está irrigada por muchos vasos sanguíneos. Las serpientes poseen un pulmón grande y uno reducido, una característica que se relaciona con la falta de espacio a causa de la forma alargada del cuerpo. Los reptiles pueden pasar mucho tiempo en reposo, pero también pueden ser muy ágiles para cazar; dependiendo del comportamiento, las necesidades energéticas varían. Los reptiles son capaces de controlar su respiración con una adaptación de su sistema circulatorio. Gracias a esta, el flujo de sangre hacia los pulmones se bloquea cuando el animal se encuentra en reposo o sumergido durante mucho tiempo. El flujo se restablece cuando el animal va a realizar alguna actividad como atacar o desplazarse.

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4.2.5.3 Aves Las aves tienen el sistema respiratorio más eficiente del reino Animal, que les permite obtener las grandes cantidades de oxígeno, y con él, la energía que requieren para volar. La principal característica de este sistema es que el aire fluye en una sola dirección, por lo que los pulmones se mantienen en contacto casi permanente con el aire fresco. Para lograr esto, los pulmones se ramifican en conductos llamados parabronquios, tan delgados como los capilares sanguíneos y en estrecho contacto con estos para intercambiar gases respiratorios. Los parabronquios conectan dos espacios llamados sacos aéreos. Los sacos aéreos son bolsas que retienen el aire, pero no realizan intercambio gaseoso, se presentan en pares y se agrupan en anteriores y posteriores. Cada ciclo respiratorio de las aves se completa con dos ciclos de ventilación, de la siguiente forma: 4

Sacos aéreos cervicales Siringe

Sacos aéreos anteriores torácicos

Pulmones

Sacos aéreos posteriores torácicos

Sacos aéreos abdominales

1. Primera inspiración: el aire pasa por los pulmones y entra a los sacos aéreos posteriores. 2. Primera espiración: el aire pasa a los pulmones donde se realiza el intercambio gaseoso.

3 4

1

2

2

1

1

3 1

4

3. Segunda inspiración: el aire proveniente de los pulmones llena ahora los sacos aéreos anteriores. 4. Segunda espiración: el aire de los sacos anteriores es expelido a los bronquios y de allí al exterior. La segunda porción de aire pasa de los pulmones a los sacos aéreos anteriores manteniendo un flujo de aire continuo en una sola dirección.

Los sacos aéreos están acompañados por modificaciones del sistema muscular y esquelético. Por ejemplo, la expansión de los sacos anteriores es posible porque los huesos del ala son huecos y ese espacio se llena de aire durante las inspiraciones. Los sacos aéreos son muy efectivos en evacuar el calor producido por los músculos del vuelo y evitar el sobrecalentamiento, que puede ser peligroso para el cuerpo. Enlace web

4.2.5.4 Mamíferos Los mamíferos respiran por medio de pulmones que funcionan por un flujo bidireccional de aire, es decir, el aire entra y sale por donde vino. Los pulmones se dividen en pequeñas cámaras ciegas llamadas alvéolos, donde ocurre el intercambio gaseoso. La ventilación de los pulmones está a cargo de un músculo llamado diafragma, que se ubica en posición horizontal por debajo de estos.

Tráquea Bronquios Pulmones

Pulmones

La superficie pulmonar es abundante en alveólos pulmonares

Si bien los pulmones de los mamíferos extraen la mitad del oxígeno que extraen los de las aves, su rendimiento es suficiente para proveer al organismo de la energía que necesita para mantener estable su temperatura corporal. Pero si el vuelo es una actividad que requiere tanta energía, ¿cómo es posible que los murciélagos vuelen? Los murciélagos contrarrestan la limitación del flujo de aire bidireccional, con unos pulmones exageradamente grandes. En este grupo, los pulmones son proporcionalmente tres veces más grandes que los de otros mamíferos. ©

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Competencias científicas

4 Menciona una semejanza y una diferencia

INTERPRETO A F I A N Z O

1 Marca con una 7 los tipos de respiración que se presentan en los siguientes grupos de animales. Grupo

Por Por Por Directa Cutánea Traqueal pulmones pulmones branquias en libro

5 Observa y compara los pulmones de estos vertebrados. Luego, realiza la actividad 6.

Poríferos Cnidarios

C O M P E T E N C I A S

Nematodos Anélidos Moluscos Crustáceos Equinodermos Insectos Arácnidos Peces Anfibios Reptiles Aves Mamíferos

6 Subraya la opción que completa la afirmación verdadera.

2 Escribe F o V, según sean falsos o verdaderos los siguientes enunciados.

El aire contiene menos oxígeno que el agua. El mecanismo de transporte a través de membrana por el cual funciona la respiración es la difusión simple. Las tráqueas son conductos que permiten la circulación de agua en el organismo. En las superficies respiratorias se evapora parte del agua del cuerpo.

3 Une cada estado del desarrollo de la rana con el tipo de respiración que utiliza. Pulmones

Branquias

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entre el proceso de ventilación pulmonar y la circulación del agua, a través de las branquias de los peces.

Directa

Cutánea

Al observar los pulmones de los anfibios, luego los de los reptiles y, finalmente, los de los mamíferos, se observa: Un aumento del tamaño. Un aumento de la superficie. Una disminución de la superficie.

7 Busca, en la sopa de letras, 11 términos re-

lacionados con la respiración en animales. Luego, escribe tres afirmaciones con algunos de ellos. S

A

C

O

A

E

R

E

O

I

A

A

F

N

I

L

O

M

E

H

E

R

I

A

E

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T

U

C

P

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L

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R

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C

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T

I

C

U

L

A

O

T

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Identificar •

Indagar •

8 Lee el siguiente texto. Analiza la gráfica y,

con base en ella, completa la información de los enunciados 9 a 12, subrayando la opción correcta en cada caso.

Contenido de oxígeno en el agua

Consumo de oxígeno en el pez

La respiración a nivel del organismo provee oxígeno que se usa en extraer energía de los nutrientes y esa energía se emplea en el metabolismo o conjunto de reacciones químicas que ocurren en las células. Además, las reacciones químicas ocurren más rápido a medida que aumenta la temperatura del medio. La gráfica muestra la relación entre el metabolismo de un pez y la temperatura.

Metabolismo del pez activo Metabolismo del pez en reposo 0

10

20 30 Temperatura de agua (ºC)

40

9 Con base en la gráfica, se puede establecer

que cuando el pez está activo, su metabolismo: Aumenta. Disminuye. Se mantiene igual. La gráfica no da suficientes datos para establecer esta relación.

10 A medida que aumenta la temperatura, el contenido de oxígeno en el agua:

Aumenta. Disminuye. Se mantiene igual. La gráfica no da suficientes datos para establecer esta relación.

11 A medida que aumenta la temperatura, el consumo de oxígeno en el pez: Aumenta. Disminuye.

Explicar •

Comunicar •

Trabajar en equipo

Se mantiene igual. La gráfica no da suficientes datos para establecer esta relación.

ARGUMENTO 12 Responde: según el gráfico del punto 8, ¿có-

mo esperarías que cambie el comportamiento de los peces a lo largo del día? Respalda tu respuesta con dos razones.

13 Lee la siguiente información. Con base en ella, responde la pregunta 14.

La cáscara del huevo de las aves está formada por tres capas que son, de afuera hacia adentro: cu­tícula, cubierta dura y porosa que permite el intercambio de gases y membrana semipermeable.

14 Si sumergimos el huevo en agua, ¿podrá el embrión respirar normalmente? Justifica tu respuesta.

Desarrollo compromisos personales y sociales

PROPONGO 15 Lee el siguiente texto. La producción de energía eléctrica en plantas termoeléctricas implica el calentamiento de grandes masas de agua, para hacer girar turbinas con el vapor producido. Algunas de esas plantas vierten el agua caliente a los ríos, lo cual causa un grave impacto ambiental. ¿Qué solución darías a este problema? Elabora un cartel en el que expliques qué efecto tiene esta práctica sobre los factores abióticos de los cuerpos de agua afectados, y cuáles organismos serían los más afectados.

16 Observa los jardines de tu colegio y del

lugar donde vives e imagina qué cosas podrías hacer para mejorar el hábitat de los animales de respiración cutánea que viven allí. Elabora un plegable que contenga tus sugerencias, compártelo con tus compañeros y lleva a la práctica, con ellos, las acciones que sugieres. ©

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Entorno vivo

Respiración humana

5. Para el ser humano, como para la mayoría de organismos heterótrofos, la liberación de la energía contenida en los alimentos depende de su oxidación. La incorporación de oxígeno desde el ambiente hacia el organismo y la excreción de dióxido de carbono (CO2), producido por la oxidación de nutrientes en el interior de las células, son realizadas por el sistema respiratorio.

Apariencia externa del sistema respiratorio

Cavidad nasal

Faringe

Fosas nasales

Laringe

Tráquea

Pulmón izquierdo

Sistema respiratorio humano

Pulmón derecho

5.1 Es el conjunto de órganos y estructuras que se encargan de incorporar el oxígeno presente en el aire y de excretar el dióxido de carbono del cuerpo. El oxígeno es fundamental para que las mitocondrias de las células puedan liberar la energía contenida en los nutrientes que obtenemos de los alimentos. El sistema respiratorio también contribuye con la filtración del aire que ingresa al organismo, elimina parte del calor y del agua en el aire exhalado y evita que la sangre se torne ácida al promover la excreción del dióxido de carbono. El sistema respiratorio trabaja en equipo con el sistema circulatorio para garantizar el intercambio gaseoso: el primero incorpora oxígeno al organismo y excreta el dióxido de carbono utilizando como vehículo las vías respiratorias y los pulmones. El segundo, por su parte, transporta los gases respiratorios entre los pulmones y las células del cuerpo, lo que permite que se realice el intercambio gaseoso. Una falla en cualquiera de estos sistemas altera el equilibrio interno del organismo y rápidamente puede llevarlo a la muerte.

Vías respiratorias Cartílago tiroideo Laringe

Corte transversal de la tráquea

Nuez

Ampliación multimedia

Mucosa

Anatomía del sistema respiratorio 5.2

Cartílago

Actividades

El sistema respiratorio humano está conformado por las vías respiratorias y los pulmones. Capa muscular Anillos traqueales

Tráquea Bronquio lobular superior derecho

Bronquio principal izquierdo

Bronquio lobular superior izquierdo

5.2.1 Vías respiratorias Son conductos por los cuales se desplaza el aire hacia los pulmones. Sus paredes están tapizadas con una delgada membrana formada por células epiteliales cubiertas con miles de cilios, entre las cuales se encuentran células especializadas en la producción de un fluido pegajoso llamado moco. Esta sustancia atrapa bacterias, polvo y todo tipo de agentes perjudiciales que hay en el ambiente, para evitar que lleguen a los pulmones. Los cilios se mueven llevando el moco hacia fuera de la nariz o hacia la faringe. Allí es tragado y llevado al estómago, luego es destruido por los jugos digestivos y, finalmente, eliminado del cuerpo. Las vías respiratorias también humedecen e incrementan la temperatura del aire a medida que este pasa a través de ellas, ya que, bajo su superficie, se encuentra una extensa red de capilares que le transfiere calor desde la sangre.

Bronquio lobular inferior derecho Cilios

Las vías respiratorias están compuestas por la nariz, las fosas nasales, la faringe, la laringe, la tráquea y los bronquios.

6 8 Acción de pensamiento: explico la morfofisiología de la respiración humana.

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Componente Procesos biológicos

Nariz: está ubicada en la parte media de la cara, conformada por huesos y cartílagos y recubierta por músculos, piel y mucosa. Corresponde a la parte inicial del tracto respiratorio que permite el ingreso del aire por los orificios nasales, que son la puerta de entrada a las fosas nasales.

Anatomía del sistema respiratorio Cartílago

Fosas nasales: son dos cavidades separadas por un tabique, tapizadas internamente por una membrana ciliada denominada mucosa roja o pituitaria, que se encarga de segregar el moco nasal y de humectar, calentar y filtrar el aire que ingresa al cuerpo. Luego, se encuentran los cornetes nasales recubiertos por una membrana en la que se sitúan los receptores de la mucosa amarilla o pituitaria amarilla, que perciben los olores. Faringe: es un conducto tubular de 12 a 15 cm de longitud, que está recubierto por músculos y una mucosa. Tiene función mixta: une el sistema respiratorio con el sistema digestivo, es una caja de resonancia para la voz y aloja las amígdalas que participan en la respuesta inmunitaria contra agentes invasores. En la faringe, se encuentra la epiglotis, estructura cartilaginosa que permite que el aire pase a la laringe y que, a la vez, impide que los alimentos lleguen a la tráquea, ya que se dobla hacia atrás cuando tragamos un bocado.

Músculo liso Glándulas mucosas Tráquea

Bronquio

Laringe: es un conducto tubular de 3 a 4 cm de longitud, ubicado en la parte anterior del cuello. Está formada por nueve cartílagos y diversos músculos articulados entre sí y tapizados por una mucosa con repliegues de tejido epitelial. En ella, se encuentran las cuerdas vocales, membranas que vibran al pasar el aire durante la espiración y que permiten la emisión de sonidos. La laringe conecta la faringe con la tráquea y ayuda a evitar el paso de los alimentos mediante el reflejo de tos. Tráquea: es un conducto tubular, flexible y aplanado hacia atrás y con una longitud aproximada de 11 cm, situado a la altura del cuello y el esternón en contacto con el esófago. Sus paredes están formadas por veinte anillos cartilaginosos, incompletos en la parte posterior, donde están reforzados por anillos musculares. Estos anillos le permiten permanecer abierta durante la entrada de aire o inhalación y durante la salida de aire o exhalación. La tráquea se origina en la base de la laringe y termina dividiéndose en dos estructuras llamadas bronquios al nivel de un reborde interno llamado carina. Se encarga de recibir el aire que viene de la laringe, para pasarlo a los bronquiolos. Bronquios: son dos conductos que penetran en los pulmones, donde se subdividen progresivamente formando diversas ramificaciones llamadas en conjunto árbol bronquial. Las ramificaciones van disminuyendo su calibre (grosor), hasta constituir los bronquiolos. Estos penetran los lobulillos donde se dividen en bronquiolos terminales y, estos, en bronquiolos respiratorios que culminan en los alvéolos pulmonares, lugar donde tiene lugar el intercambio gaseoso.

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Bronquiolo

Seno frontal Seno esfenoidal Amígdala palatina

Vestíbulo nasal

Epiglotis Pared posterior de la tráquea

Hueso hioides Tráquea Carina

Bronquio principal derecho

Ápice pulmonar Lóbulo superior Bronquio principal izquierdo Bronquiolos

Lóbulo superior

Cisura mayor u oblicua

Lóbulo medio

Lóbulo inferior

Pulmón derecho

Pulmón izquierdo Lóbulo inferior©

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Organización de los pulmones

Pulmón izquierdo

Las fisuras dividen a los pulmones en lóbulos. El pulmón derecho tiene tres lóbulos que se denominan de arriba hacia abajo: superior, medio e inferior, y el izquierdo solo tiene dos lóbulos denominados: superior e inferior. Esto se debe a que el corazón tiene una ligera inclinación hacia la izquierda y de atrás hacia adelante, que hace que su punta inferior, denominada el ápex, se ubique hacia el pulmón izquierdo, lo que ocasiona una reducción en el volumen de dicho pulmón.

Pulmón derecho

Vena Bronquios Bronquiolo

Arteria

5.2.2 Pulmones Son dos órganos cónicos, esponjosos ubicados dentro de la cavidad torácica a ambos lados del corazón y protegidos por las costillas. Están separados, el uno del otro, por una estructura denominada mediastino. El pulmón derecho es un poco más grande que el izquierdo, pesa en promedio 600 gramos y el izquierdo cerca de 500 gramos; ambos miden entre 25 y 30 cm de largo, aunque estos datos varían un poco, dependiendo del sexo y de la cavidad torácica que ocupen. Su color también varía: son rosados en los niños, con zonas oscuras distribuidas por toda el área del pulmón en adultos y con grandes zonas negras en los fumadores. Esto último se atribuye a la exposición y la inhalación de aire con partículas contaminantes, especialmente de carbón.

Los pulmones están cubiertos por una membrana elástica llamada pleura, formada por dos capas de tejido conectivo: La capa más externa o pleura parietal recubre el diafragma y a la parte interior de la caja torácica. La capa más interna o pleura visceral se adhiere a los pulmones. Entre ambas capas existe una pequeña cantidad de unos 15 cc de un líquido lubricante denominado líquido pleural. Estas membranas se deslizan una sobre otra, cuando los pulmones se dilatan o contraen para protegerlos del roce generado por la respiración y, de esta forma, facilitar su movimiento.

Alvéolos

Arteria alveolar Bronquiolo

O2 CO2

Intercambio gaseoso o hematosis

70

Vena alveolar

Las dos ramificaciones de la tráquea, llamadas bronquios, se subdividen dentro de los lóbulos en otras más pequeñas y estas a su vez, en conductos aéreos aún más pequeños. Terminan en minúsculos saquitos de aire llamados alvéolos, los cuales se encuentran rodeados por una densa capa de capilares sanguíneos. Cuando los alvéolos se llenan con el aire inhalado, el oxígeno se difunde hacia la sangre que va por los capilares hasta los tejidos del cuerpo. El dióxido de carbono se difunde desde la sangre hacia los pulmones, desde donde es exhalado. El alvéolo es la unidad anatómica y funcional de los pulmones. Existen unos trescientos millones de alvéolos en ambos pulmones. Cada uno está formado por una capa de tejido endotelial, rodeada de una red de capilares sanguíneos, y el conjunto se encuentra envuelto en tejido conjuntivo, que rellena los espacios entre alvéolos.

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Componente Procesos biológicos Recurso imprimible

5.2.2.1 Propiedades físicas de los pulmones Para que los pulmones puedan tomar aire del medio deben tener dos propiedades físicas fundamentales: la distensibilidad y la elasticidad. La distensibilidad es la capacidad que tienen los pulmones de expandirse en función de su presión. La elasticidad es la tendencia que tienen los pulmones de recuperar su tamaño inicial, después de haberse distendido.

La mecánica respiratoria o ventilación pulmonar

5.3

Apariencia de la caja torácica durante la respiración A. Inspiración Los pulmones aumentan de volumen

Actividad

Es el proceso mediante el cual se intercambian gases entre la atmósfera y los alvéolos pulmonares y, de acuerdo con la secuencia de eventos en que se produce, puede dividirse en tres fases o momentos: inspiración, intercambio de gases y espiración. Durante la inspiración se contraen los músculos intercostales y el diafragma, lo que provoca el aumento del volumen de la cavidad torácica. Como consecuencia, la presión dentro del tórax desciende y es menor que la presión atmosférica. Debido a esta diferencia de presiones, el aire entra por las vías respiratorias y los pulmones se agrandan. El intercambio gaseoso, llamado también hematosis, ocurre dentro de los alvéolos y entre estos y los capilares que los rodean. Para que la hematosis se realice de manera eficiente es imprescindible que el aire de los pulmones se renueve constantemente, es decir, que la entrada y la salida de aire o ventilación pulmonar, se produzca de manera continua.

B. Espiración Los pulmones disminuyen su volumen

Durante la espiración, los músculos intercostales y el diafragma se relajan, “empujando” los pulmones. Entonces, la presión de gases en el interior de la cavidad torácica es mayor que la presión atmosférica y, debido a esta diferencia de presión, el aire es exhalado. En este momento, tanto la cavidad torácica como los pulmones disminuyen su volumen. Apariencia de la caja torácica durante la inspiración y la espiración Inspiración

Espiración

El aire entra en los pulmones

El aire sale de los pulmones

Expansión de los pulmones

Contracción de los pulmones Tráquea

Tráquea

Contracción de los músculos pectorales menores

Relajación de los músculos pectorales menores

Contracción de los músculos intercostales

Relajación de los músculos intercostales

Contracción y descenso del diafragma

Relajación y elevación del diafragma

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A

5.3.1

Fase pulmonar, sanguínea y celular

Actividad

De acuerdo con las estructuras del organismo que transitan, el recorrido de los gases puede dividirse en tres fases o momentos: pulmonar, sanguínea y celular. Alvéolos pulmonares

Oxígeno Plaquetas

A

Fase pulmonar (ver A en las imágenes): es la fase de intercambio gaseoso (oxígeno y dióxido de carbono) entre el aire y la sangre. Esta fase ocurre en los alvéolos pulmonares.

B

Fase sanguínea (B): es la fase en la que la sangre transporta los gases respiratorios por todo el cuerpo. Esto es posible gracias a la hemoglobina, una proteína presente en los glóbulos rojos de la sangre, que transporta el oxígeno; y al plasma sanguíneo que transporta el dióxido de carbono.

Dióxido de carbono

B

C Glóbulos blancos Glóbulos rojos que contienen la hemoglobina que transporta los gases respiratorios.

C O2 CO2

O2 CO2

Fase celular (C): es la fase en la que se realiza el intercambio gaseoso entre el sistema circulatorio y las células del cuerpo. El ciclo de inspiración y espiración o frecuencia respiratoria, en condiciones normales de reposo, se repite un promedio de diecisiete veces por minuto, introduciendo en cada inspiración un volumen de 500 mL de aire. Una vez que ese aire ha sido expulsado, puede salir otro litro y medio de aire, que se denomina capacidad vital, mediante la espiración forzada, y aún queda aproximadamente otro litro que no puede salir, ni siquiera con esfuerzo; a este volumen de aire se le denomina volumen residual. La suma de todos los volúmenes de aire pulmonar permite establecer la capacidad pulmonar total, que se calcula entre seis y ocho litros de aire.

Aprende a resolver problemas Analiza y responde el siguiente problema. Después, te invitamos a revisar los pasos para hacerlo correctamente. Justo antes y después de correr una carrera de 50 metros, se mide tu pulso y tu ritmo respiratorio. ¿Qué cambios esperarías encontrar? Marca con una 7 la opción que consideres correcta. a. No hay cambio en el pulso, pero sí una disminución en el ritmo respiratorio. b. Hay un aumento en el pulso, pero no hay cambio en el ritmo respiratorio. c. Hay un aumento en el pulso y en el ritmo respiratorio. d. Hay una disminución en el pulso y en el ritmo respiratorio. ¿Qué necesitamos encontrar? Lo primero que debes hacer, es reconocer que el pulso se utiliza para estimar el número de latidos cardíacos y que el ritmo respiratorio se refiere al número de respiraciones en un minuto.

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Luego, identificas las necesidades de tu organismo al realizar ejercicio físico: las células de los músculos necesitan más suministro de O2 y, al aumentar su actividad, producen una mayor cantidad de CO2 que debe ser eliminado rápidamente. ¿Cómo resolvemos el problema? Analiza cómo llega el O2 y se elimina el CO2 al hacer una actividad física. De acuerdo con este análisis, la respuesta correcta es la alternativa c. El pulso aumenta. Es decir, el latido cardíaco se acelera haciendo que la sangre fluya más rápido por los vasos sanguíneos y el O2 llegue más pronto a los músculos. El ritmo respiratorio aumenta, es decir, el número de veces que respiras en un minuto. Así, se captura más O2 y el CO2 es expulsado más rápidamente. Reflexiona 1. Cuando leíste por primera vez el problema, ¿lograste encontrar la solución por tu cuenta? 2. ¿Qué parte del problema te resultó más difícil de resolver?

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SOY CIENTÍFICO NATURAL

Me aproximo al conocimiento como científico natural

Observa la anatomía de los pulmones Objetivos 1. Identificar la anatomía de los pulmones a nivel macroscópico y microscópico. 2. Desarrollar habilidades para realizar observaciones. Conceptos clave Pulmones, tráquea, bronquios, diafragma, respiración, inspiración, espiración. Materiales Dos pulmones de ternero o res en buen estado, que conserven una parte de la tráquea (en los expendios de carne los conocen como bofe) Un tubo de PVC de 20 cm de largo y que tenga un diámetro similar a la tráquea Una bandeja Un bisturí Dos agujas de disección Una lupa Guantes de caucho Metodología de trabajo Individual

Preguntas problematizadoras ¿Cómo es el tejido que forma las vías respiratorias? ¿Cómo es el tejido que forma los pulmones? En este laboratorio podrás diferenciar los tejidos que forman las vías respiratorias y los pulmones. Procedimiento 1. Sobre una bandeja, coloca los pulmones, de tal manera que sean fácilmente observables al igual que la tráquea, que es un tubo anillado y cartilaginoso. Luego, empata el tubo de PVC en la tráquea y sopla, pero sin aspirar. Observa lo que sucede y describe el efecto. 2. Presiona, suavemente, los pulmones para desinflarlos. 3. Con las agujas de disección, levanta un poco la pleura. Obsérvala con la lupa y haz una breve descripción. 4. Observa la parte externa de cada pulmón y cuenta cuántas secciones grandes o lóbulos tiene. ¿Cuántos lóbulos tiene el pulmón derecho?, ¿y cuántos tiente el izquierdo? 5. Observa el recorrido de la tráquea hasta que se divide en dos bronquios, uno para cada pulmón. Con el bisturí y con las agujas de disección, retira el tejido que rodea los alvéolos, es decir, las cavidades pequeñas del pulmón derecho. Observa, con lupa, las subdivisiones o bronquiolos de cada bronquio. Describe cada bronquio y el aspecto de los bronquiolos. Resultados y análisis 1. ¿Qué ocurrió cuando soplaste por el tubo del PVC? 2. ¿Qué diferencias estructurales observaste entre la tráquea y los bronquios, y entre los bronquios y los bronquiolos? 3. ¿Qué función común tienen la tráquea, los bronquios y los bronquiolos? Conclusiones 1. ¿En qué se diferencia el tejido que forma los pulmones y el que forma las vías respiratorias? 2. ¿Qué relación estableces entre las características de las vías respiratorias y de los pulmones y las funciones que estas estructuras realizan?

Acción de pensamiento: registro mis resultados en forma organizada y sin alteración alguna.

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Enfermedades

respiratorias Infecciones respiratorias agudas Son infecciones causadas por virus o bacterias. Dependiendo del órgano que afectan, se conocen como laringitis, bronquitis y faringitis. Si no se manejan adecuadamente y a tiempo, pueden conllevar el desarrollo de afecciones más graves como la neumonía.

Son diversas las enfermedades que afectan el sistema respiratorio y que pueden poner en riesgo la vida de las personas que las padecen. Algunas de las enfermedades respiratorias más frecuentes incluyen, entre otras, las siguientes:

Alvéolos pulmonares normales

Alvéolos pulmonares infectados

Pus

Neumonía Bronquios primarios y secundarios inflamados

Es una inflamación de los espacios existentes entre los alvéolos pulmonares con secreción de pus, que impide el intercambio gaseoso. Generalmente, es causada por diversos agentes infecciosos: bacterias del género Streptococcus, hongos como Pneumocystis y diversos tipos de virus. Si no se detecta a tiempo, la enfermedad puede llegar a ser mortal, especialmente en personas inmunodeprimidas, es decir, aquellas que tienen bajas sus defensas, los ancianos y los lactantes.

Moco

Enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC)

Vías respiratorias normales

Es una anomalía crónica caracterizada por el estrechamiento o la obstrucción de las vías respiratorias con secreción abundante de moco, lo cual disminuye el volumen del aire inhalado y exhalado. Se debe principalmente al humo del tabaco.

Cáncer de pulmón Vías respiratorias inflamadas y colapsadas por moco

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Crecimiento de células malignas en el tejido pulmonar. La causa más generalizada es el tabaquismo, aunque también influyen factores hereditarios, la exposición a gases contaminantes y ser fumadores pasivos.

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Recursos imprimibles

Asma Es la anomalía caracterizada por una constricción o un estrechamiento de las vías aéreas más finas que es ocasionado por una inflamación temporal de los bronquios y los bronquiolos. Esto dificulta el paso del aire y complica la respiración. Sus causas generalmente se asocian a reacciones alérgicas frente a algunos comestibles, el polvo, el polen u otras sustancias, que se encuentran en el ambiente y que resultan irritantes para algunas personas.

Alvéolos con enfisema

Vía aérea normal Alvéolos normales

Enfisema pulmonar Vía aérea inflamada

Edema pulmonar Es la acumulación anormal de líquido en los espacios existentes entre los alvéolos pulmonares. Por esta razón, los alvéolos se inflaman, lo cual impide el recorrido normal del oxígeno hacia los pulmones. Esta afección puede ser causada por la exposición a gases venenosos, insuficiencia renal o por una complicación de un paro cardíaco.

Alvéolo pulmonar normal

Alvéolo con acumulación anormal de líquido

Es la pérdida de elasticidad de los alvéolos, acompañada de la destrucción alveolar, lo que disminuye la capacidad para realizar el intercambio gaseoso y produce dificultad para respirar. El enfisema se debe principalmente a irritaciones de larga duración, como las causadas por el humo del cigarrillo y la contaminación.

Sinusitis Es la inflamación de los senos paranasales, generalmente ocasionada por una infección viral, bacteriana o fúngica (causada por hongos). Como consecuencia, se obstruyen los orificios paranasales y por ello, se acumulan las secreciones en su interior causando fiebre, mal olor y dolor intenso. Senos frontales

Seno infectado y con pus Seno maxilar normal

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Competencias científicas

6 Lee la siguiente lista en la que se mencionan

INTERPRETO A F I A N Z O

1 Analiza el siguiente esquema que representa

el intercambio gaseoso que se produce entre la sangre, el aire interior de un alvéolo y los tejidos. Con base en él, realiza las actividades 2 y 3.

C O M P E T E N C I A S

1

A

B

1 C

2

2

2 Escribe el nombre de las estructuras que corresponden a las letras A, B y C.

3 Escribe los nombres de los gases señalados con los números 1 y 2.

4 Copia y completa el siguiente cuadro en tu

cuaderno explicando los fenómenos que se producen durante la ventilación pulmonar. En los músculos intercostales En el diafragma En el volumen de la caja torácica

Los músculos intercostales y el diafragma se contraen. Los músculos intercostales y el diafragma se relajan. Aumenta el volumen pulmonar. Disminuye el volumen pulmonar. Aumenta la presión parcial de oxígeno en el alvéolo pulmonar. Disminuye la presión parcial de oxígeno en el alvéolo pulmonar. El aire entra en los pulmones. El aire sale de los pulmones.

7 Lee la siguiente información y la tabla de da-

tos. Con base en ello, realiza las actividades 8 y 9. El aire es una mezcla gaseosa formada principalmente por: nitrógeno (78%), oxígeno (21%), argón (0,9%) y dióxido de carbono (0,03%). En la tabla adjunta, se muestra la proporción de estos gases presentes en el aire inspirado y en el espirado. Gases

En los pulmones

5 Redacta un texto breve que acompañe la si-

guiente ilustración. Al hacerlo, ten en cuenta lo que representan los diferentes elementos ilustrados y los colores empleados. Aurícula izquierda

algunos de los procesos que están involucrados en la respiración humana. Ordénalos, cronológicamente, numerándolos de acuerdo con la forma como se llevan a cabo durante la inspiración y la espiración.

Ventrículo izquierdo

Aire inspirado en (%)

Aire espirado en (%)

Nitrógeno

78

78

Oxígeno

21

17

Argón

0,9

0,9

Dióxido de carbono

0,03

4

Otros gases

0,07

0,01

8 Explica a qué se deben las diferencias en la Órganos

Pulmones

Aurícula derecha

76

Órganos

Ventrículo derecho

cantidad de oxígeno y de dióxido de carbono que contienen el aire inspirado y el aire espirado.

9 Responde: ¿por qué la cantidad de nitrógeno y de argón es la misma en el aire inspirado que en el espirado?

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Identificar •

Indagar •

10 Lee la siguiente experiencia. Con base en ella,

responde las preguntas y realiza las actividades 11 a 18. Con el fin de comprobar el funcionamiento de los pulmones, los estudiantes del curso han construido, con materiales caseros, un modelo anatómico como el que observas en las imágenes A, B y C. A

B

C

Corcho

Explicar •

Comunicar •

Trabajar en equipo

19 Teniendo en cuenta que en condición de

reposo una persona respira 16 veces por minuto y que el volumen de aire inspirado es de 500 mL, calcula: El volumen de aire inspirado en un minuto. El volumen de aire inspirado en 24 horas.

ARGUMENTO 20 Al respirar, podemos tomar aire tanto por la nariz como por la boca. Sin embargo, es más ventajoso tomarlo por la nariz. ¿A qué crees que se debe esto?

Pitillo Botella plástica Globo

21 En el aire existen unas 25 veces más oxígeno

Globo inferior

11 ¿Con qué órganos de nuestro cuerpo podemos comparar este modelo?

12 ¿A qué equivaldrían los pequeños globos? 13 ¿Qué simula el globo inferior del montaje? 14 ¿A qué corresponde el espacio que queda dentro de la botella entre los globos?

15 Intenta explicar lo que ocurre en las circuns-

tancias señaladas con B y C, comparándolo con lo que realmente ocurre en nuestro cuerpo.

que en el agua. En igualdad de requerimientos energéticos, ¿quién desarrollará un sistema respiratorio con mayor superficie de intercambio de gases: un animal terrestre o un animal acuático? Argumenta tu respuesta.

22 Los científicos sostienen que “la respiración

celular es una forma de oxidación controlada”. ¿Cómo explicas esta afirmación?

Desarrollo compromisos personales y sociales

PROPONGO 23 Reúnete con un compañero y lean la si-

guiente información. Luego, resuelvan las actividades 24 y 25.

16 ¿Con qué movimientos respiratorios rela-

cionarías las variaciones del volumen de los globos?

En el año 2011, el gobierno colombiano radicó en el Congreso un proyecto que propone niveles de restricción severos al consumo de tabaco en las vías, los parques, las plazas públicas y otros sitios de interés.

17 Observando las imágenes A, B y C, ¿crees que

24 Respondan. ¿Consideran que con esta me-

sale la misma cantidad de aire que entra en los globos?

18 Marca con un 3 la respuesta correcta. Si co-

locamos un dedo en la entrada del orificio superior, sería similar a que taparamos: el diafragma. la laringe.

los pulmones. la boca.

dida realmente se puede disminuir la cantidad de fumadores? Respalden su respuesta con dos razones.

25 Consulten acerca de los problemas que con-

lleva el tabaquismo y, con la información que encuentren, elaboren un folleto destinado a informar a sus compañeros sobre el tema y la forma como se puede prevenir esta adicción. ©

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Entorno vivo

Osmorregulación

Enlace web

6. La osmorregulación es el principal mecanismo mediante el cual se regula en nuestras células la concentración de sales y de agua. De esta manera, se garantiza que su composición química varíe muy poco y se tenga la presión de fluidos corporales equilibrada. Para entender la osmorregulación es muy importante recordar el concepto de difusión.

Exterior celular

La difusión es el movimiento de partículas desde un lugar de mayor concentración a otro de menor concentración hasta igualar las concentraciones. La difusión puede ser simple o facilitada. Interior celular La osmorregulación garantiza que la concentración de agua y sales sea la misma en el espacio extracelular y el espacio intracelular. Esto puede lograrse a través del movimiento del agua, pues las sales no pueden atravesar fácilmente la membrana celular que es semipermeable. Balance hídrico en 24 horas

Bebidas 1.500 mL

Respiración 150-225 mL

Sudoración 450-675 mL

Alimentos 700 mL

Orina 1.500 mL

Heces 250 mL

Diariamente excretamos gran cantidad de agua en forma de sudor, respiración, orina y en las heces. Nuestro cuerpo remplaza esa misma cantidad de agua con los alimentos y la que bebemos. De esta forma, se conserva un balance hídrico reflejado en que tanto la cantidad de agua que entra como la que sale debe ser igual.

En la difusión simple, las partículas atraviesan libremente la bicapa fosfolipídica. Esta no es selectiva, es decir, cualquier sustancia que sea capaz de difundirse a través de la membrana celular por ella misma, podrá atravesarla. Si la molécula no posee esta propiedad, debe ser transportada mediante la difusión facilitada. La difusión facilitada es aquella en la que se necesitan ayudadores para atravesar la membrana celular. Por ejemplo, proteínas transportadoras, especializadas para cada molécula. Este tipo de transporte es utilizado para moléculas de un tamaño relativamente grande o partículas cargadas como los iones de nuestro cuerpo (sodio, Na11, potasio, K11, etc.).

Ósmosis

Enlace web 6.1 La ósmosis es un caso especial de difusión en el que la célula regula la cantidad de agua en su interior, de acuerdo con la concentración de sales dentro y fuera de ella. Recordemos que el agua total en nuestro cuerpo constituye cerca del 70% de nuestra masa corporal. Ayuda a mantener la temperatura corporal, la función de los riñones, la presión arterial, es un medio de transporte de nutrientes, desechos y otras sustancias. El agua da elasticidad y flexibilidad a los tejidos. Constituye un componente integral de las membranas celulares y realiza múltiples funciones más que la hacen fundamental para nosotros.

El proceso de ósmosis ocurre cuando se tienen dos soluciones que se ponen en contacto a través de una membrana semipermeable, en este caso, la bicapa lipídica, que deja pasar agua, pero no otras sustancias. Las moléculas de agua se difunden a través de la membrana, dependiendo de la concentración de sales al interior y al exterior de la membrana. La presión osmótica es la presión que se ejerce para evitar que las moléculas de agua se difundan a través de la membrana. Por esto, se habla de niveles de líquidos en un espacio extracelular (fuera de la célula) e intracelular (dentro del la célula) principalmente en el citoplasma. La osmorregulación se encarga de mantener nivelado el contenido de sustancias en el exterior y el interior de la célula. En el agua, se encuentran disueltas muchas sales que también se encargan de mantener el equilibrio hidrosalino (equilibrio de agua y de sales corporales). Los exámenes clínicos de sangre y orina son usados para evaluar si el equilibrio hidrosalino se mantiene o no. Sin embargo, la masa corporal es un indicador confiable de que hay algún tipo de alteración, ya que como se mencionó antes, el agua es el componente mayoritario de nuestra masa corporal.

7 8 Acción de pensamiento: explico los mecanismos mediante los cuales se regula la concentración de sales y de agua en nuestro cuerpo.

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Componente Procesos biológicos 6.1.1 Las células y el medio extracelular multimedia En el agua a nivel extracelular e intracelular se encuentran disueltas muchas sales, lo que significa la presencia de iones en solución o electrolitos. La concentración de estos iones o sustancias afecta la entrada y la salida de agua de la célula provocando diversas situaciones que describiremos a continuación. Ampliación

6.1.2 Células en soluciones hipotónicas En una solución hipotónica, la concentración de sustancias en la solución es menor que la del interior de la célula. En este caso, el agua entra a la célula para poder equilibrar las concentraciones y la célula gana agua, por lo que se hincha y aumenta su tamaño, fenómeno llamado turgencia. Un ejemplo de esto lo podemos evidenciar en células como los glóbulos rojos de nuestra sangre; en un medio hipotónico, estos se hinchan tanto al llenarse de agua que pueden estallar o lisarse. 6.1.3 Células en soluciones isotónicas En una solución isotónica, la concentración de sustancias es igual que la del interior de la célula. En este caso, como el sistema se encuentra en equilibrio el desplazamiento de agua es igual, es decir, en la célula entra y sale la misma cantidad de agua. Para el buen mantenimiento de nuestras células, se busca la isotonicidad, es decir, que las células se encuentren en un medio isotónico. 6.1.4 Células en soluciones hipertónicas En una solución hipertónica, la concentración de sustancias de la solución es mayor que la del interior de la célula. En este caso, el agua sale de la célula para tratar de equilibrar las concentraciones de sales dentro y fuera de ella y la célula pierde agua, por lo que se encoge y disminuye su volumen. En el caso de una célula como el glóbulo rojo, este puede llegar a encogerse.

Solución isotónica Solución hipotónica Solución hipertónica

Volumen estable de las células

Las células aumentan de volumen: turgencia

Las células disminuyen de volumen

Para que nuestras células puedan funcionar adecuadamente deben encontrarse en un medio isotónico.

Los riñones filtran diariamente 200 litros de sangre

Riñón

Riñón

El riñón y la función osmótica

Enlace web 6.2 Los riñones son los órganos fundamentales para mantener el equilibrio hidrosalino. La pérdida de la función renal, es decir, la capacidad disminuida de los riñones para cumplir sus tareas se ve reflejada en alteraciones electrolíticas. Cuando se presenta una alteración en este balance hidrosalino, comenzamos a presentar un desequilibrio electrolítico (por la concentración de iones como sodio y potasio generalmente). Estos trastornos pueden afectar el buen funcionamiento de nuestro cuerpo. Por ejemplo, si hay una alteración en el balance de sodio, se denomina hiponantremia (si sus niveles son bajos) o hipernantremia (si son altos) y así mismo con iones como el potasio. Si sus niveles son bajos, se llama hipocalemia y, si son altos, hipercalemia.

Cuando los riñones no funcionan bien en nuestro cuerpo, necesitamos de un proceso que se conoce con el nombre de diálisis. La diálisis es recomendada para personas que tienen falla renal, es decir, cuyos riñones no funcionan bien. Los riñones tienen función excretora y reguladora, esto es: Se comportan como filtros que separan las toxinas de la sangre y las eliminan a través de la orina. Devuelven a la sangre agua, sales y sustancias fundamentales para mantener todo en equilibrio.

Las sustancias tóxicas o productos de desecho forman la orina

Los riñones filtran la sangre y separan los productos de desecho para expulsarlos al exterior en forma de orina. La cantidad de orina producida varía de un individuo a otro y también depende de factores como el clima, la actividad física y la cantidad de líquidos ingeridos. Se produce aproximadamente un litro y medio de orina. ©

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Ósmosis y prácticas deportivas

6.3 Durante el ejercicio físico, es importante hidratarse bien, por eso siempre se debe llevar una botella de agua. El consumo de agua durante el ejercicio nos permite permanecer hidratados. Si no lo hacemos, corremos el riesgo de deshidratarnos, especialmente si realizamos actividad física: En condiciones excesivas de calor y humedad. A una gran altitud o en un entorno frío donde aumenta el riesgo de sufrir un desbalance hidrosalino, por la pérdida de agua y sales en solución. Para la rehidratación durante el ejercicio es importante seleccionar el líquido adecuado. Si tomas una bebida carbonatada como una gaseosa, no lograrás recuperarte adecuadamente puesto que este tipo de bebidas no cuenta con las concentraciones de sales óptimas para la rehidratación. Cuando hacemos ejercicio empezamos a tener sed. La sed es estimulada por un aumento de la concentración de sodio en la sangre. Por eso, si comemos un alimento muy salado, nos da sed. La sensación de sed es un indicador del proceso de deshidratación. Mientras hacemos ejercicio físico, la temperatura corporal se regula mediante la evaporación. El agua del sudor la generamos a partir del líquido de la sangre que se mueve hacia la piel, cuando hay un exceso de calor.

1 2

Persona hidratada

3 4 5 6

Persona deshidratada

7 8

La variación del color en la orina indica el grado de deshidratación en la persona. Es importante estar alerta a estos signos de deshidratación para recibir el mejor tratamiento. A medida que el color se va volviendo más amarillo intenso o amarilloverdoso, hay más deshidratación.

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Durante el ejercicio sudamos y el sudor nos ayuda a mantener la temperatura corporal, pero si no nos hidratamos bien, también llegamos a la deshidratación. La deshidratación puede ir de leve a severa y los síntomas son variables, pero, en general, se pueden presentar mareos, fatiga, calambres, náuseas, entre otros. Enlace web 6.3.1 El suero fisiológico y la ósmosis Cuando tenemos vómito o diarrea podemos deshidratamos y necesitamos consumir líquidos con una concentración adecuada de sales que nos ayuden a recuperar el balance hidrosalino. Entonces, para rehidratarnos podemos utilizar el suero fisiológico que adquirimos en las farmacias, o bien, lo podemos preparar en casa. El ingerir suero fisiológico nos ayuda entonces a recuperarnos y evitar ese desbalance osmótico generado por la pérdida de sales.

El suero fisiológico casero se prepara colocando un litro de agua a hervir para eliminar cualquier agente contaminante que esta tenga. Luego, se adicionan dos cucharaditas de sal por cada litro de agua. Algunas personas le adicionan unas gotas de limón. De este modo, queda ya listo el suero fisiológico casero. Este se debe almacenar a temperatura ambiente, y es mejor consumirlo en 24 horas y volverlo a preparar. Comercialmente, también podemos encontrar numerosos productos para rehidratarnos; algunos son recomendados para los bebés y los niños. Es importante conocer bien las contraindicaciones de los rehidratantes que se consumen, pues cada persona tiene un metabolismo diferente. La cantidad de suero fisiológico que se debe consumir depende del grado de deshidratación en el que se encuentre la persona y la causa de esta. No es lo mismo estar deshidratado por hacer ejercicio que por padecer una diarrea.

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Componente Procesos biológicos 6.3.2 Rotavirus y desequilibrio osmótico El rotavirus es el virus principal que causa diarrea en niños menores de cinco años. La diarrea es tan severa que lleva rápidamente a la deshidratación del niño y, si no es tratada a tiempo, puede ser bastante perjudicial para su salud. El rotavirus produce diarrea de tipo osmótico y o de tipo secretor.

Enlace web Rotavirus

La diarrea osmótica usualmente es causada por una mala absorción de los carbohidratos y las proteínas, ya que el virus puede alterar los niveles de enzimas que ayudan en el proceso de digestión de los alimentos. Entonces si nos infectamos con el virus, se acumulan compuestos no digeridos y estos empiezan a retener agua en la luz intestinal. Se produce entonces un desbalance hidrosalino, porque aumenta la secreción rica en agua con escaso contenido de sodio. En la diarrea secretora se cree que hay proteínas del virus que estimulan la secreción de iones de cloro, lo cual produce un desbalance iónico en la célula e induce una salida de agua. Tanto la diarrea de tipo osmótico como la de tipo secretor pueden llevarnos a la deshidratación por la pérdida del balance hidrosalino que debemos mantener en nuestro cuerpo. Adicionalmente, junto con la diarrea se puede presentar vómito.

Salmonella

Para determinar que una persona tiene diarrea, se debe considerar el número de deposiciones líquidas que haya tenido en un período de 24 horas. Si la persona tiene tres o más deposiciones de este tipo, se dice que tiene diarrea. El rotavirus no es el único virus que puede causar diarrea, pero sí el principal. Además de los virus, las bacterias y otros parásitos también pueden causar diarrea y su tratamiento es diferente, si es de origen viral o de origen bacteriano. Lo primero que se debe hacer es determinar el origen de la diarrea que está presentando el paciente, con ayuda de pruebas diagnósticas de laboratorio y de las manifestaciones clínicas del paciente.

Giardia

Los virus adicionales al rotavirus que usualmente producen diarrea son: los adenovirus, los astrovirus y los calicivirus. Entre las bacterias podemos encontrar la Salmonella, Escherichia coli enterotoxigénica, Vibrio cholerae, Campylobacter jejuni, Staphylococcus aureus. Entre los protozoos que producen diarrea podemos encontrar Giardia lamblia, Entamoeba histolytica y Cryptosporidium muris. Lo más preocupante cuando una persona sufre diarrea es el peligro de que se deshidrate. La deshidratación puede ser leve, moderada o severa. El síntoma característico de la deshidratación leve es la sed, en la deshidratación moderada se observan, además, la piel y las mucosas secas y se evidencia debilidad. En la deshidratación severa, se observan, además, trastornos de la conciencia y una pérdida de 6 a 10 litros de agua, en un adulto puede llevar a la persona a la muerte. Por esto es importante en el tratamiento de la diarrea hacer reposición de líquidos, o lo que se llama terapia de rehidratación oral, es decir, procurar que la persona tome los líquidos adecuados para recuperarse. Si la deshidratación es severa, lo más seguro es que se requiera de rehidratación por vía intravenosa. Esto se hace en el hospital.

El rotavirus es el principal agente viral que puede causar diarrea. Sin embargo, bacterias como del género Salmonella o parásitos como la Giardia lamblia también pueden ser el origen de esta. Por ello, para el tratamiento de la diarrea, es importante conocer el origen de esta. ©

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Competencias científicas

3 Completa la siguiente tabla escribiendo ha-

INTERPRETO A F I A N Z O

1 Analiza el siguiente diagrama de barras que

muestra el porcentaje de agua corporal según la edad. Luego, marca con un 3, la afirmación verdadera o con una 7, la falsa.

Condición de la solución extracelular

Movimiento de agua

Agua corporal total en relación con la edad Porcentaje de agua 100 85 75 80 60 60 60

C O M P E T E N C I A S

40 20 0

Prematuro Recién nacido

1 año

Edad

Adulto

El porcentaje de agua corporal total disminuye a medida que la persona crece. A partir del año de edad, el contenido de agua se mantiene hasta la adultez. Si un bebé nace prematuramente, tiene menos cantidad de agua total corporal. El recién nacido tiene la mayor cantidad de agua corporal total.

2 Analiza la siguiente tabla que muestra el

balance hídrico corporal de una persona. Ten en cuenta la cantidad de agua (en mL) que ingresa y que debe ser la misma que sale. Luego, completa el texto. Ingreso de agua

Mililitros (mL)

Egreso de agua

Bebida

1.400

Orina

1.500

Alimentos

700

Pulmones

400

Metabolismo celular

300

Piel

350

Materia fecal

150

Total

2.400

Total

2.400

Mililitros (mL)

El ingreso de agua corporal total en el ser humano corresponde mayoritariamente a la proque equivale a un veniente de . La otra fuente porcentaje del de ingreso de agua a nuestro cuerpo proviene de y . Para que haya un equilibrio hídrico en nuestro cuerpo se debe lograr que la cantidad de a la que egresa. que ingresa sea

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cia dónde se desplaza el agua y si la solución en la que se encuentra es isotónica, hipotónica o hipertónica. Esquema H2O

H2O

H2O

H2O

H2O

H2O

4 Lee la siguiente información. Luego, responde las preguntas 5 y 6.

Cuando hay un desequilibrio electrolítico como la hiponantremia, que es el más frecuente en los seres humanos, los niveles de sodio en los líquidos del cuerpo no son suficientes, es decir, el sodio extracelular es bajo. El sodio es importante para que los nervios y los músculos trabajen bien.

5 ¿Qué tipo de solución (hipotónica, hipertó-

nica o isotónica) genera la hiponantremia a las células y por qué?

6 ¿Qué ocurre en la célula cuando se genera la hiponantremia?

7 Lee el siguiente caso. Luego, responde las preguntas 8 y 9.

Adriana tiene un hijo de cuatro años que ha empezado a tener vómito y diarrea. Al llamar al médico, él le recomienda empezar la rehidratación oral del niño con suero casero. Ella no sabe cómo prepararlo y llama a dos amigas suyas. Martha y Rocío. Martha le dice que tome un litro de agua, le adicione dos cucharadas de sal y lo deje en la nevera por máximo una semana. Rocío le dice que hierva un litro de agua y adicione dos cucharaditas de sal, que lo deje a temperatura ambiente y lo prepare fresco cada día.

8 ¿Cuál crees es la mejor receta, la de Martha o la de Rocío y por qué?

9 Si el niño no mejora y sigue con vómito, diarrea y orina amarillo oscuro, ¿qué sugieres que debería hacer Adriana?

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Identificar •

Indagar •

10 Analiza los diagramas que muestran las cau-

sas de gastroenteritis severa en niños en países desarrollados y países en desarrollo. De acuerdo con ellos, responde las siguientes preguntas: Causas de gastroenteritis en niños

Desconocida Bacterianas

Comunicar •

Trabajar en equipo

15 ¿Los países que presentan mayor cantidad

ARGUMENTO

Países desarrollados

Explicar •

Países en desarrollo

Rotavirus Otras

11 ¿Cuáles son los dos primeros agentes causantes de diarrea severa en niños en ambos grupos de países?

12 ¿En qué tipo de países es mayor la presencia

de muertes son desarrollados o en vías de desarrollo?¿A que crees que se debe esta situación?

16 Lee el siguiente texto. Con base en él, res-

ponde las preguntas 17 y 18. Cuando los riñones fallan, los pacientes deben recurrir a la diálisis. Los dos tipos principales de diálisis son: la hemodiálisis y la diálisis peritoneal. Los dos procedimientos tienen como objetivo filtrar la sangre para eliminar toxinas y el exceso de agua y sales. En la hemodiálisis, se permite que la sangre fluya a través de un filtro sintético que funciona como un riñón artificial y luego, se devuelve al cuerpo la sangre filtrada. Los profesionales de la salud son los encargados de realizar este procedimiento, aunque se puede realizar en la casa con personal entrenado previamente. En la diálisis peritoneal, que se puede hacer en la propia casa, se utiliza el peritoneo como filtro “natural” y se piensa que el balance de líquidos es más adecuado. Ella necesita una mayor participación del paciente para realizarla y mantener limpio el ambiente donde se llevará a cabo, por lo que a veces puede tener más complicaciones. La complicación más frecuente es la peritonitis.

de bacterias que causan diarrea severa y a qué crees que se deba? Respalda tu respuesta con dos razones.

17 ¿Qué diferencias encuentras entre la diálisis

13 Analiza el siguiente mapa que muestra la dis-

18 ¿Cuál de las dos prácticas te parece más se-

tribución de muertes por rotavirus, antes de ser introducidas las vacunas. Cada punto representa un estimativo de mil muertes al año por rotavirus. Luego, responde las preguntas 14 y 15.

peritoneal y la hemodiálisis?

gura y por qué? Justifica tu respuesta.

Desarrollo compromisos personales y sociales

PROPONGO 19 El mantenernos hidratados nos ayuda a evi-

tar un desbalance hidrosalino en nuestro cuerpo que puede generar molestias e incomodidades como fatiga, mareo, nauseas y hasta puede llegar a enfermarnos.

14 ¿En qué regiones del mundo se presenta mayor cantidad de muertes? Justifica tu respuesta.

Realiza un friso acerca de la importancia de la hidratación cuando se hace ejercicio. Indica cuál es la ventaja de mantenernos bien hidratados durante el ejercicio y las desventajas o los riesgos que se pueden correr, si no lo hacemos. ©

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2

Función de excreción El contexto

Entorno vivo

Tu plan de trabajo… Comprender la importancia de la función de excreción para los seres vivos. Explicar cómo se llevan a cabo los procesos de excreción en los diferentes reinos de seres vivos. Analizar la función de excreción en el ser humano.

Encuentra en tu Evaluaciones: 3 De desempeño 8 Multimedia 1 Galería

9 Actividades

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3 Prueba Saber 1 Audio 4 Imprimibles

5 Enlaces web

Los seres vivos poseen diferentes mecanismos para expulsar o eliminar las sustancias de desecho, producto de su actividad metabólica. El conjunto de estos mecanismos constituyen la excreción, una función fundamental para el mantenimiento de la vida, ya que la no expulsión de las sustancias mencionadas, que son tóxicas, puede llevar a http://www.scoop.it/t/journa un ser graphique?page=11 vivo a la muerte.

La situación actual La excreción en el ser humano incluye la función renal. Una dieta inadecuada, poca ingestión de agua o un elevado consumo de alcohol, entre otras causas, pueden derivar en una alteración o daño permanente en esta importante función. Las personas que padecen insuficiencia renal pueden llegar a intoxicarse con la urea o el ácido úrico retenidos. Para desintoxicarla temporalmente, se utiliza un aparato llamado dializador el cual permite purificar la sangre tal cual como lo harían los riñones. Este procedimiento, que se denomina diálisis, debe realizarse periódicamente.

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Galería de imágenes Audio

Ubica en el tiempo el estudio de la función de excreción Pregunta problematizadora ¿De qué manera puedes contribuir a que tu sistema excretor funcione adecuadamente?

Conociendo cómo ocurre el proceso de excreción en los seres vivos. .scoop.it/t/journalismePor ello, estudiarás los mecanismos y las estructuras que intervienen en page=11

la eliminación de desechos en los diferentes grupos de seres vivos.

Desarrollando hábitos encaminados al cuidado del sistema ex-

cretor. Por ello, comprenderás cómo funciona tu sistema excretor y conocerás los hábitos de higiene y salud que debes tener para mantenerlo sano.

Realizando acciones encaminadas a promover, en las personas con

las que compartes, hábitos de cuidado y protección de su sistema excretor. Por ello, aprenderás a compartir con las personas que te rodean tus conocimientos sobre el sistema excretor humano y los hábitos que se deben practicar para mantenerlo saludable.

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Rudolph Höber Acuñó el término de osmorregulación. Se inicia el empleo de hongos para producir antibióticos a nivel industrial.

1883 1902 1928 1932

Emil Christian Hansen Desarrolló el primer cultivo puro de levaduras para la industria de la cerveza. Se inicia el uso de riñones artificiales, que sustituyen la función de los riñones en caso de insuficiencia renal.

1940 1970 2002 2010

Alexander Fleming Descubrió la penicilina a partir de cultivos del hongo Penicillium notatum. Se completó la secuenciación del genoma de la levadura Saccharomyces cerevisiae. Walter B. Cannon Definió las características que rigen la homeostasis. Un equipo de científicos de la Universidad de California presenta un prototipo del primer riñón artificial para implantar.

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Entorno vivo

La excreción

Lexicón Excreción: palabra que se deriva del latín excretus que quiere decir “separado” o “purgado”.

Ampliación multimedia

1. Como resultado del metabolismo celular se producen sustancias de desecho que deben ser eliminadas, ya que si se acumulan pueden ser tóxicas y llevar a un ser vivo a la muerte. Al proceso de eliminación de sustancias de desecho se le denomina excreción. Aunque todos los seres vivos realizan la función de excreción, no todos lo hacen de la misma forma ni por medio de las mismas estructuras, o los mismos órganos o sistemas.

Importancia de la excreción

1.1 El proceso de excreción contribuye a la homeostasis porque ayuda a eliminar sustancias de desecho que alteran el equilibrio interno. Las formas de vida más sencillas realizan el intercambio de sustancias directamente con el medio y las formas más complejas utilizan como intermediarios de este intercambio fluidos como el líquido intersticial y el plasma sanguíneo.

Sustancias de excreción

1.2 Existe una gran diversidad de sustancias de excreción, de las cuales las más abundantes son los derivados nitrogenados, las sales minerales, el agua y el dióxido de carbono (CO2).

La homeostasis nos permite mantener constante la temperatura corporal, independientemente de las condiciones externas.

1.2.1 Derivados nitrogenados Son producidos por las reacciones de degradación de las proteínas y los ácidos nucleicos. Estos son: el amoníaco, el ácido úrico y la urea. 1.2.2 Otros productos de excreción El agua y las sales minerales, aunque no son considerados productos que se deban eliminar por su toxicidad, se excretan para mantener regulada su cantidad y concentración en el medio interno. Por otro lado, el dióxido de carbono, producto de la respiración aerobia, se expulsa por medio de la membrana celular en organismos unicelulares o por medio de tejidos, órganos o sistemas especializados, en organismos pluricelulares.

Amoníaco (NH3)

Ácido úrico (C5H4N4O3)

Urea (CON2H4)

Es un gas incoloro de olor muy penetrante, nauseabundo y es una sustancia de excreción de gran toxicidad que se diluye con rapidez en el agua. Los animales que lo eliminan, como crustáceos, peces óseos y otros invertebrados acuáticos se denominan amoniotélicos.

Se forma en el hígado, a partir del amoníaco y otras sustancias nitrogenadas. Los animales que lo excretan se llaman uricotélicos y viven en ambientes secos. Por ejemplo, algunos insectos, reptiles y aves. Al no ser muy tóxico, se elimina mediante una pasta blanca semisólida.

Se forma en el hígado a partir de restos nitrogenados de aminoácidos y dióxido de carbono. La excretan en gran cantidad los animales ureotélicos, como peces cartilaginosos, anfibios y mamíferos. Es poco tóxica y se expulsa disuelta en un líquido acuoso.

8 6 Acción de pensamiento: comparo mecanismos de excreción en diferentes grupos de seres vivos.

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Componente Procesos biológicos

Excreción celular

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1.3 El proceso de excreción permite a las células mantener un equilibrio entre su medio interno y su medio externo, ya que posibilita un intercambio permanente de sustancias por medio de la membrana celular. Por sus características, la membrana celular actúa como una barrera selectiva que permite el paso de unas sustancias e impide el paso de otras. Esta característica, propia de las membranas de todas las células, es la que permite el control del medio interno. Algunos productos, como el amoníaco que se produce por el metabolismo de las proteínas, son de una u otra forma, tóxicos para las células y otros, como el CO2, pueden ser tóxicos si se acumulan en grandes cantidades. Incluso el agua, fundamental para el funcionamiento de las células, debe mantenerse en una concentración constante ya que una cantidad excesiva al interior de una célula puede ocasionar lisis o rompimiento celular, o una cantidad mínima, puede provocar deshidratación. Por lo tanto, se considera sustancia de desecho a cualquier sustancia tóxica o aquella que, siendo útil, se encuentre en exceso en las células. A nivel celular, los mecanismos de intercambio de sustancias como el transporte pasivo, el transporte activo y la exocitosis son los responsables del proceso de excreción. Ampliación

multimedia 1.3.1 Transporte pasivo Es un tipo de transporte que no requiere un gasto de energía para que se lleve a cabo. En el transporte pasivo, una sustancia se desplaza a través de la membrana celular desde un sitio de alta concentración hacia una zona de menor concentración. Este mecanismo puede ser de dos tipos: difusión simple y difusión facilitada.

La difusión simple ocurre cuando moléculas pequeñas que se mueven al azar, pueden atravesar la membrana sin ningún tipo de ayuda desde zonas de alta concentración hacia zonas de baja concentración. Se alcanza el equilibrio cuando igual número de moléculas atraviesan la membrana en uno y otro sentido. La difusión facilitada ocurre por medio de canales o proteínas transportadoras. Los canales son estructuras formadas por proteínas ubicadas sobre la membrana celular. Estos canales se abren y se cierran por medio de diversos mecanismos para permitir el paso de determinadas sustancias. Por otro parte, las proteínas transportadoras se unen a una molécula específica en uno de los lados de la membrana, cambian de forma y depositan la molécula al otro lado.

En el proceso de respiración, el oxígeno ingresa a las células por medio de difusión simple. Para mantener el equilibrio de su medio interno, la célula gasta energía para ingresar o expulsar sustancias.

1.3.2 Transporte activo El transporte activo consiste en el movimiento de sustancias desde un lugar de baja concentración hacia uno de alta concentración y para ello requiere de energía. En el trasporte activo, interviene siempre una proteína como mecanismo transportador. El transporte activo se presenta cuando las células necesitan eliminar sustancias para las cuales las membranas son impermeables y cuando se trata de transportar partículas muy grandes. 1.3.3 Exocitosis Es el proceso mediante el cual la célula transporta moléculas de gran tamaño desde su interior al exterior. Estas moléculas se encuentran dentro de vesículas intracelulares las cuales se desplazan hasta la membrana celular, se fusionan con esta y liberan su contenido en el fluido circundante.

Proceso de expulsión de moléculas por medio de vesículas. ©

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Excreción en moneras

Enlace web

1.4 Los organismos del reino Monera producen una gran variedad de sustancias de desecho, que son eliminadas de forma directa por medio de difusión. 1.4.1 Productos de excreción de bacterias Como resultado de sus procesos metabólicos, las bacterias eliminan agua, dióxido de carbono, compuestos nitrogenados y otras sustancias como el ácido acético, el ácido láctico y la vitamina B12. Así mismo, algunas bacterias parásitas pueden producir sustancias tóxicas que causan enfermedades a sus hospederos.

Ácido acético: se encuentra en el vinagre y le otorga su olor y sabor característicos. De manera natural se obtiene por procesos metabólicos de bacterias del género Acetobacter, las cuales lo producen, a partir de la fermentación de carbohidratos presentes en la sidra, la malta, el arroz u otros insumos. Por otro lado, bacterias del género Clostridium también producen este ácido.

Actualidad científica La bacteria Escherichia coli (E. coli), normalmente se encuentra en el intestino del ser humano contribuyendo con el proceso digestivo. Sin embargo, algunas cepas han adquirido la capacidad de causar infecciones con diarreas sangrantes porque producen una potente toxina conocida como verocitotoxina. Esta sustancia actúa como un veneno que pasa a la sangre, afecta los vasos sanguíneos que van al riñón y, en condiciones extremas, causa daño renal.

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Ácido láctico: algunas bacterias de los géneros Bacillus y Lactobacillus producen este ácido a partir de carbohidratos como la lactosa presente en la leche; la sacarosa, presente en la caña de azúcar; o la fructuosa, presente en la uva. Este ácido se utiliza en la industria alimentaria de productos lácteos, en la industria cosmética y en la industria de cueros, entre otros usos.

Vitamina B12: es útil para la síntesis de hemoglobina, formación de nuevas células y para el buen funcionamiento del sistema nervioso. Se obtiene a nivel comercial gracias a la acción de bacilos del género Pseudomonas. Por su complejidad química es muy costosa producirla por métodos artificiales en los laboratorios, razón por la cual se obtiene por procesos microbiológicos.

1.4.2 Productos de excreción en cianobacterias Las cianobacterias son organismos acuáticos capaces de realizar la fotosíntesis. Son muy importantes a nivel ecológico porque producen, como sustancia de excreción, oxígeno. Sin embargo, algunas cianobacterias producen toxinas que contaminan el agua y afectan su calidad. A nivel humano, las cianotoxinas pueden ocasionar principalmente alteraciones del hígado, del sistema nervioso y de la piel.

Excreción en protistos

Enlace web 1.5 La excreción en protistos se realiza de manera similar a como ocurre en los organismos del reino mónera. Las sustancias de desecho son eliminadas por difusión a través de sus membranas celulares. Los protozoarios, que habitan en aguas dulces, presentan vacuolas contráctiles que se llenan de sustancias de desecho que son excretadas periódicamente y que, además, les permiten mantener su equilibrio hídrico al bombear el exceso de agua hacia el exterior. Estas vacuolas se forman y se vacían permanentemente.

1.5.1 Productos de excreción en protistos Los protozoos eliminan principalmente agua, dióxido de carbono, sales minerales y productos nitrogenados como el amoníaco y la urea. Las algas, además de otras sustancias, excretan oxígeno como resultado de su proceso de fotosíntesis.

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Componente Procesos biológicos

Excreción en hongos

Enlace web

1.6 Los hongos son un grupo diverso de organismos que han colonizado una gran cantidad de ambientes, principalmente terrestres. Son organismos heterótrofos que obtienen sus nutrientes del medio a partir de materia ya elaborada por otros organismos. Su proceso de nutrición es extracelular, es decir, que secretan sustancias en su medio circundante para poder transformar las grandes moléculas alimenticias en moléculas pequeñas que luego son absorbidas a través de sus paredes y membranas celulares, razón por la cual se dice que los hongos son heterótrofos por absorción. Una vez que las sustancias nutritivas ingresan al interior de sus células, los hongos las utilizan para su metabolismo. Así, en función de sus procesos de nutrición, se producen variadas sustancias de desecho. Los hongos pueden ser unicelulares o pluricelulares y sus productos de excreción pueden ser útiles o perjudiciales para el ser humano. 1.6.1 Excreción en hongos unicelulares Las levaduras son un grupo muy representativo de hongos unicelulares de gran importancia económica, aunque algunas tengan efectos perjudiciales. A partir de las levaduras, se obtienen bebidas fermentadas, antibióticos, pan y otros productos de pastelería, además son fuente de proteínas y de vitaminas del complejo B. También se utilizan en la industria médica farmacéutica para producir vacunas como la antihepatitis A y B. Sin embargo, como se mencionó anteriormente, un número reducido de levaduras puede causar cuadros de intoxicación en animales y seres humanos por contaminación de alimentos. 1.6.1.1 Bebidas fermentadas Son bebidas de tipo alcohólico obtenidas por la acción de levaduras del género Sacharomyces. Estas levaduras obtienen la energía que requieren para realizar sus diferentes actividades, por medio de la fermentación alcohólica, que es un proceso de descomposición de sustancias orgánicas, como los carbohidratos, en ausencia de oxígeno. Como resultado de este proceso se obtiene, como sustancia de desecho, el alcohol etílico o etanol. El alcohol etílico es uno de los principales componentes de bebidas alcohólicas como el vino y la cerveza, que se obtienen por la fermentación del jugo de uva y de la cebada, respectivamente. En la actualidad, este alcohol se produce, principalmente, a partir de la caña de azúcar para utilizarlo como biocombustible, por las múltiples ventajas que ofrece en comparación con los combustibles derivados del petróleo. 1.6.1.2 Vitaminas del complejo B La vitamina B2 o riboflavina es producida comercialmente por métodos microbiológicos, gracias a los organismos Eremothecium ashbyi y Ashbya gossypii, hongos que producen esta vitamina en exceso y la excretan al medio. En la actualidad, se han mejorado los métodos de obtención de esta vitamina manipulando cepas de los hongos mencionados. Dichos hongos pueden producir tanta cantidad de riboflavina que esta se cristaliza en su medio de cultivo. Algunas funciones de la vitamina B2 o riboflavina son las de mantener una buena salud visual y en buen estado las células del sistema nervioso, el pelo y las uñas, y regenerar tejidos del cuerpo como la piel.

A

B

C

La fermentación realizada por levaduras (A) permite la elaboración o fabricación de alimentos como el pan (B) y la cerveza (C).

Propongo Consulta sobre las causas y consecuencias del abuso de bebidas alcohólicas para la salud humana. Luego, realiza las siguientes actividades: 1. Elabora un folleto que advierta sobre las consecuencias. 2. Redacta un mensaje que invite a los jóvenes de tu edad a no consumir bebidas alcohólicas. ©

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A

1.6.2 Excreción en hongos pluricelulares En hongos multicelulares, la excreción se realiza por exocitosis. En este proceso, las sustancias de desecho se transportan en una vesícula o vacuola excretora hasta la pared celular desde donde son arrojadas hacia el exterior. En algunos hongos del tipo setas, las sustancias tóxicas quedan depositadas en las paredes celulares, lo que da el carácter tóxico a algunas especies como Amanita virosa, Amanita phalloides o Amanita muscaria, entre otras. Productos de excreción en hongos Los principales productos de excreción de los hongos multicelulares son agua y CO2, aflatoxinas, antibióticos, como las penicilinas, y sustancias alucinógenas. Agua y dióxido de carbono: son sustancias que se producen principalmente como resultado del proceso de respiración aerobia, propia de estos hongos.

B

C

Aflatoxinas: son sustancias que hacen parte de las micotoxinas, moléculas orgánicas excretadas por algunos hongos de los géneros Aspergillus y Penicillium. El interés por estas sustancias surgió en 1961, año en el que más de 100.000 ejemplares de pavos de una granja en Gran Bretaña murieron por causa de una epidemia. Gracias a las investigaciones se concluyó que la harina de cacahuetes traída desde Brasil, con la que se alimentaban los pavos, estaba contaminada con Aspergillus flavus (ver A en las imágenes). Estas sustancias son tóxicas y se ha comprobado su efecto cancerígeno en animales y en el ser humano. El hábitat de estos hongos es el suelo, razón por la que el consumo de alimentos cultivados en él y que pueden estar contaminados con estas toxinas, produce alteraciones en la digestión y derivar en cáncer de hígado. Algunos de los cultivos más afectados son los de cacahuete, maíz, arroz, soja y algodón. La ingestión de leche de animales alimentados con pastos contaminados por este tipo de hongos puede ocasionar las mismas consecuencias. Penicilinas: son sustancias de gran importancia médica, utilizadas para el control de infecciones causadas por bacterias patógenas. Existe una gran variedad de penicilinas, algunas de las cuales son producidas por hongos del género Penicillium (B), también conocidos como mohos verdes o azules. El descubrimiento de la acción bactericida de las sustancias producidas por estos hongos, especialmente el Penicillium notatum, se debe a Alexander Fleming (1881-1951) quien hizo este valioso descubrimiento por casualidad. En la actualidad, se obtiene de cepas de Penicillium chrysogenium que dan mayor rendimiento en la obtención de este antibiótico. Sustancias alucinógenas: son sustancias, consideradas drogas psicoactivas capaces de alterar la percepción de la realidad de quien las consume. Una persona que ingiere este tipo de sustancias ve, escucha y siente sensaciones muy diferentes a las reales. La Amanita muscaria (C), un hongo tipo seta conocido también con los nombres de matamoscas o falsa oronja, paraliza a los insectos que entran en contacto con él. Produce una sustancia llamada muscimol que afecta el funcionamiento del sistema nervioso. Al ser ingerido por animales o personas, causa en ellos efectos físicos como diarrea, vómito, pérdida del equilibrio y espasmos musculares; a su vez, actúa como un potente alucinógeno.

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Componente Procesos biológicos

Excreción en plantas

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Enlace web

1.7 En plantas es difícil diferenciar entre los procesos de excreción y secreción, porque los productos resultantes de cada proceso generalmente se acumulan en los mismos lugares o en su superficie. En ciertos casos, algunas sustancias de excreción permanecen en el interior, almacenadas en órganos como las hojas. Las sustancias de excreción en plantas pueden ser gaseosas, como el CO2 y el etileno; líquidas, como los aceites esenciales, las resinas, el látex y los taninos; y sólidas, como el oxalato de calcio. En plantas, el proceso de excreción se realiza sin la presencia de un sistema especializado. Para este fin poseen estructuras como los estomas, las lenticelas y estructuras menos comunes como los pelos radiculares, las glándulas de sal, los osmóforos y los nectarios. 1.7.1 Estomas Los estomas (ver A en la imagen) son pequeños orificios presentes en las superficies de las hojas, principalmente en el envés. Están conformados por dos grandes células denominadas oclusivas y sus células acompañantes. Las células oclusivas se abren y se cierran y el espacio de separación entre estas se conoce como ostiolo. Por los estomas ingresa CO2, gas fundamental para la fotosíntesis y se expulsa O2, como producto de excreción de este proceso. Así mismo, estas estructuras posibilitan el ingreso del O2 y la salida de CO2 para que se realice el proceso de respiración. En plantas adaptadas a ambientes secos, los estomas son muy reducidos en número y tamaño y, además, poseen cera o pelos que permiten minimizar la salida de vapor de agua. 1.7.2 Lenticelas Las lenticelas (B) son pequeñas protuberancias de forma circular o alargada con un orificio central, presentes en los tallos y las ramas de plantas leñosas a través de las cuales se realiza el intercambio de gases en los procesos de respiración y transpiración. Las lenticelas poseen diversos tamaños y algunas son apenas visibles; otras pueden alcanzar más de dos centímetros de tamaño.

1.7.3 Pelos radiculares Los pelos radiculares (C), también llamados pelos radicales o absorbentes, son células en forma de tubo presentes en la raíz de las plantas. Aunque en la mayoría de las plantas cumplen la función de absorción de agua y nutrientes, en las plantas de los géneros Isoetes y Littorella, realizan una función similar a la de los estomas, porque sus hojas generalmente carecen de ellos.

A

A

B

D

C

1.7.4 Glándulas de sal Las glándulas de sal son estructuras que almacenan el exceso de sal absorbido por las plantas que crecen en ambientes con alta concentración de sal. 1.7.5 Osmóforos y nectarios Los osmóforos son estructuras que excretan aceites volátiles, sustancias encargadas de producir el olor característico de algunas plantas. Los nectarios (D) son estructuras presentes principalmente en las flores de las plantas que producen el néctar que atrae a los insectos y las aves para favorecer el proceso de polinización.

En algunos árboles los estomas (A) se encuentran debajo de una epidermis endurecida e impermeable. Por esta razón, el árbol desarrolla unas estructuras llamadas lenticelas (B) que ponen en contacto los estomas con el medio exterior. ©

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1.7.6 Productos de excreción en plantas Las plantas producen una gran cantidad de sustancias de excreción, algunas de las cuales son utilizadas con fines industriales. Entre estas sustancias podemos mencionar el oxígeno y el dióxido de carbono, el etileno, los aceites esenciales, las resinas, el látex, los taninos y el oxalato de calcio. Oxígeno y dióxido de carbono: gases utilizados en los procesos de respiración y fotosíntesis. En el proceso de respiración, las plantas toman O2 y expulsan CO2, contrario a lo que sucede en el proceso de fotosíntesis en el que se requiere tomar el CO2 y se expulsa como sustancia de desecho O2. Etileno: hormona vegetal encargada principalmente del envejecimiento de hojas y flores, y de la maduración de frutos. Aceites esenciales: sustancias que proporcionan el olor característico a flores, hojas, troncos, raíces, frutos y semillas. Algunas de sus funciones son: proteger a las plantas del ataque de herbívoros, contribuir con el proceso de polinización o prevenir enfermedades. Pueden ser utilizados como fungicidas, analgésicos, expectorantes. También se usan industrialmente en perfumería y en aromaterapia. Algunas plantas productoras de estas sustancias son el jazmín, la lavanda, la rosa, el eucalipto, el incienso, el sándalo y el limón. Resinas: secreciones orgánicas producidas por muchas plantas. Se usan en perfumería, como aditivos alimenticios y en la producción de barnices y adhesivos. Los pinos son una fuente importante de estas sustancias. Látex: sustancia natural constituida por ceras, grasas y diversas resinas gomosas. Se encuentra en unos canales especializados de las plantas que lo producen, llamados canales laticíferos. El látex es excretado para prevenir el ingreso de microorganismos que pueden causar enfermedades, o para evitar la salida excesiva de savia cuando las plantas sufren algún tipo de corte o herida. Dependiendo de la planta de la que se extraiga el látex, este tiene distintos usos. Por ejemplo: del látex extraído de la planta Hevea brasiliensis, se obtienen partículas de caucho con las que se elaboran guantes, neumáticos, ropa impermeable, entre otros productos; el látex producido por las plantas Euphorbia canariensis y Calotropis gigantea, que es tóxico, se usa para la pesca o para envenenar flechas destinadas a la caza de animales; y del látex de Achras sapota se extrae el chicle, sustancia masticable de gran importancia comercial.

Taninos: sustancias de sabor amargo producidas por las plantas con el fin protegerse contra el ataque de microorganismos o herbívoros ya que son tóxicas o no digeribles. Se utilizan en la industria de pieles, pinturas, tintas y alimentos, entre otros productos. También otorgan a algunas plantas propiedades medicinales, antibacteriales, antioxidantes y cosméticas.

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Oxalato de calcio: algunas plantas producen esta sustancia como mecanismo de defensa ya que el contacto con ella produce una fuerte irritación en las mucosas de los herbívoros que tratan de comerlas. En mayor o menor cantidad, esta sustancia de excreción se encuentra en plantas como los lirios, el ruibarbo, la yuca, las lentejas de agua y las espinacas.

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SOY CIENTÍFICO NATURAL

Me aproximo al conocimiento como científico natural

Obtén aceite esencial de pétalos de rosa Objetivos 1. Obtener aceite esencial por medio de la maceración de pétalos de rosa. 2. Aplicar el conocimiento adquirido en la obtención de productos para el beneficio personal. Conceptos clave Aceite esencial, maceración, excreción en plantas. Materiales Pétalos de rosa (aproximadamente 100) Aceite de almendras Mortero con su pistilo Vaso de precipitados Mechero Trípode Malla de asbesto Cedazo Recipiente de vidrio pequeño con tapa Metodología de trabajo En grupo

Preguntas problematizadoras ¿Qué aceites se pueden obtener de los pétalos de rosa? ¿Cómo se pueden obtener aceites esenciales de los pétalos de rosa? Por medio de esta práctica comprobarás la presencia de aceites esenciales en pétalos de rosa y podrás determinar el uso que puedes hacer de los mismos. Procedimiento 1. Coloca los pétalos de rosa dentro del mortero. 2. Adiciona unas gotas de aceite de almendras y, con ayuda del pistilo, macera muy bien los pétalos. 3. Luego, coloca en el vaso de precipitados los pétalos macerados con el doble de cantidad de aceite de almendras. 4. Pon a calentar la mezcla a fuego lento, durante mínimo una hora. 5. Deja que la mezcla se enfríe. 6. Pasa la mezcla por el cedazo y recoge el líquido resultante en un recipiente. 7. Pon el líquido en el frasco y tápalo rápidamente para evitar que se evaporen los aceites esenciales. 8. Utiliza este aceite como ambientador. Describe las observaciones realizadas durante el proceso de obtención del aceite esencial de rosa. Registra si observaste cambios de color, olor o apariencia de la mezcla. Análisis de resultados Responde 1. ¿Se comprobó la presencia de aceites esenciales en los pétalos de rosa? 2. ¿Por qué es necesario macerar los pétalos? 3. ¿Qué función cumple el aceite de almendras en esta experiencia? Conclusiones 1. De acuerdo con la experiencia, define lo que entiendes por aceite esencial. 2. Determina otros usos que se pueden dar al aceite esencial de pétalos de rosa. 3. ¿Qué otros aceites esenciales se pueden obtener en una práctica como esta?

Acción de pensamiento: saco conclusiones de los experimentos que realizo aunque no obtenga los resultados esperados.

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Sustancias producidas por los seres vivos:

perjuicios y beneficios PERJUICIOS Moneras: Clostridium botulinum

Produce la toxina botulínica que causa la enfermedad llamada botulismo. La toxina botulínica es una neurotoxina considerada una de las sustancias más tóxicas que existen. Uno de sus principales efectos es la parálisis muscular, lo que puede dificultar la función respiratoria. Es tan tóxica que, en mínimas cantidades, puede derivar en graves intoxicaciones e incluso la muerte de quien la ingiere. Se adquiere al ingerir alimentos contaminados, mal preparados o mal conservados, por heridas abiertas, o por su uso inadecuado con fines médicos o estéticos. Es usual su presencia en alimentos enlatados, donde las concentraciones de oxígeno son bajas ya que la bacteria que produce esta sustancia es susceptible a concentraciones altas de oxígeno.

Hongos

Las micotoxinas son sustancias producidas por hongos (setas, mohos y levaduras) producto de su metabolismo. El término micotoxina, por lo general, se refiere a que afectan a animales vertebrados (incluido el ser humano) y no se incluyen las toxinas que afectan exclusivamente a las bacterias (por ejemplo, la penicilina) o las plantas. Los efectos de las micotoxinas en animales y seres humanos incluyen depresión del sistema inmunológico e irritación y alergias. Algunas sustancias producidas por los hongos Amanita phalloides, Entoloma lividum y Tricholoma tigrinum, entre otros, pueden ser letales si son consumidas.

Moneras: Placa bacteriana

El término placa bacteriana hace referencia a una comunidad muy diversa de bacterias (aerobias y anaerobias) que permanecen unidas por una matriz intercelular de sustancias tanto de origen salival como microbiano y que se adhiere a las piezas dentales. Por lo general, es común que habiten en nuestra boca un gran número de bacterias pero, cuando su población aumenta descontroladamente, pueden llegar a formar una placa bacteriana y, en casos avanzados, causar la enfermedad conocida como caries dental. Las sustancias producidas por las bacterias de la placa son de diversas clases, dentro las cuales se destacan: Acidúricas: desmineralizan el esmalte y la dentina. Proteolíticas: desnaturalizan las propiedades de la dentina.

Plantas Las sustancias de excreción y secreción producidas por las plantas representan, por lo general, más beneficios que perjuicios. Sin embargo, es el ser humano el que ha hecho que, algunas de estas sustancias se conviertan en un verdadero peligro para su bienestar. Son muchas las sustancias que se pueden obtener de las plantas que, dependiendo de su manipulación, pueden ocasionar daños a las personas. Entre ellas se pueden mencionar: los alcaloides como la cocaína o la escopolamina y poderosos venenos que se obtienen de plantas como la cicuta, la belladona y el hueso de fraile, entre muchas otras.

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Como se mencionó anteriormente, los productos de excreción de los seres vivos son los compuestos tóxicos, resultado de los procesos metabólicos que tienen lugar en las células que se expulsan del organismo. Las sustancias de excreción pueden ser variadas y complejas en cuanto a su estructura química. Por otro lado, las sustancias de

secreción que expulsan los seres vivos pueden cumplir varias funciones y no necesariamente son tóxicas. A continuación se presentan algunos organismos que producen sustancias por procesos de excreción o secreción y se describe la forma como estas sustancias pueden perjudicar o beneficiar a los seres humanos.

BENEFICIOS Moneras: Bacterias

Las bacterias benéficas para el ser humano son aquellas que dentro del sistema digestivo previenen que microorganismos patógenos se desarrollen, gracias a que producen toxinas que inhiben su crecimiento y, además, pueden ayudar a digerir algunos alimentos o producir vitaminas esenciales. Algunas de estas bacterias son los probióticos, bacterias vivas que pueden incluirse en la preparación de una amplia gama de productos, incluyendo alimentos, medicamentos, y suplementos dietéticos. Otras bacterias son utilizadas por los seres humanos para hacer más eficiente la producción de fármacos o para contribuir a la descontaminación ambiental.

Hongos

Son muchas las aplicaciones que tienen las sustancias producidas por estos organismos para el bienestar de los seres humanos. Entre ellas se pueden mencionar: Producción de antibióticos Los antibióticos son sustancias que inhiben el crecimiento bacteriano y que se han utilizado para fabricar importantes fármacos como la penicilina y la cefalosporinas. Producción de quesos Para la producción de quesos añejados especialmente los quesos conocidos como verde-azules se utilizan mohos del género Penicillium y en especial el moho Penicillium roqueforti del cual se deriva el queso roquefort. Estos mohos acentúan características como el color, el olor y el sabor, lo cual es muy apetecido por los amantes del queso.

Plantas

Las sustancias que producen las plantas, ya sea como productos de excreción o secreción, cumplen con funciones importantes que les sirven, entre otras, para atraer polinizadores, ahuyentar o eliminar parásitos, alejar a otras plantas o animales y hacer frente a las condiciones adversas del clima. Los seres humanos han encontrado en esas sustancias aplicaciones para su propio beneficio, y han obtenido miles de productos con igual número de aplicaciones prácticas, entre los cuales podemos mencionar: Sustancias medicinales y terapéuticas, como la quina, el aceite de eucalipto o eucaliptol, el mentol, etc. Sustancias alimentarias como aceites, colorantes, saborizantes, etc. Sustancias industriales como la resina de pino, la goma arábiga, aceites, ceras, látex, resinas, algodón, celulosa, etc.

Animales Son muchos los beneficios que nos brindan algunos de los productos de excreción o secreción provenientes de animales. Entre ellos podemos mencionar: miel de abejas, propóleo, cera de abejas, jalea real; leche de vaca o cabra; guano (excremento de murciélagos, aves marinas y focas); almizcle, lana; cochinilla (colorante para la industria cosmética y alimentaria). ©

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Competencias científicas

2 Escribe en tu cuaderno semejanzas y diferen-

INTERPRETO A F I A N Z O

1 Completa el siguiente palabragrama. A

E

C D

B

R E

F H

X C

E

C O M P E T E N C I A S

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cias entre los siguientes pares de conceptos.

C

G

Transporte activo y difusión facilitada. Exocitosis y excreción celular. Difusión facilitada y transporte activo. Transporte pasivo y transporte activo.

3 Analiza la siguiente imagen y, con base en ella, realiza las actividades 4 y 5:

Exterior celular

I O

I

N

A. Proceso que permite mantener el equilibrio en las concentraciones de agua, sal, minerales y otras sustancias en el medio interno. B. Proceso por medio del cual se eliminan sustancias de desecho producidas al interior de las células. C. Microorganismos a partir de los cuales se obtienen sustancias como agua, compuestos nitrogenados, ácido acético, ácido láctico y vitamina B12. D. Proceso realizado por algunos microorganismos en ausencia de oxígeno que consiste en la descomposición de sustancias orgánicas, como carbohidratos para obtener energía. E. Tendencia que tienen los seres vivos para enfrentar las condiciones cambiantes del medio externo e interno y lograr mantener el equilibrio interno. F. Ácido que es producido por algunas bacterias de los géneros Bacillus y Lactobacillus a partir de carbohidratos como la lactosa presente en la leche. G. Tipo de transporte celular, en el que una sustancia se desplaza a través de la membrana celular desde un sitio de mayor concentración hacia otro de menor concentración. H. Nombre del alcohol producto del proceso de fermentación alcohólica llevado a cabo por levaduras del género Sacharomyces. I. Sustancia de excreción de gran toxicidad, producida por invertebrados acuáticos, peces óseos y larvas de insectos.

Membrana celular

B C

A

Interior celular

4 Explica con tus palabras, el concepto de exocitosis.

5 Describe lo que ocurre en la situación C. 6 Analiza la siguiente imagen que muestra una ameba mientras realiza un proceso de excreción. Luego, señala con un 3 los enunciados que son correctos de acuerdo con la imagen.

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Identificar •

Indagar •

Los compuestos nitrogenados son sustancias de desecho producto del metabolismo de proteínas. Las vacuolas contráctiles permiten la excreción de compuestos nitrogenados, agua y dióxido de carbono. Las vacuolas contráctiles permiten eliminar el agua que se encuentra en exceso en la ameba. La membrana celular permite la excreción del dióxido de carbono, agua y compuestos nitrogenados. La membrana celular permite la excreción del dióxido de carbono y compuestos nitrogenados. El dióxido de carbono es una sustancia de desecho producto de la respiración.

7 Completa la tabla con la información correspondiente. Reino

Explicar •

Comunicar •

Trabajar en equipo

Estimulantes, porque aceleran el funcionamiento habitual del cerebro y producen efectos tales como hiperactividad, exaltación, trastornos de sensibilidad, alucinaciones visuales, delirios e insomnio. Entre estas drogas podemos destacar el café, el té, el tabaco y la cocaína. Depresoras, porque relajan el sistema nervioso, haciendo que se torne lento su funcionamiento y provocando reacciones que pueden llevar al coma. Por ejemplo, el alcohol. Alucinógenas, porque afectan el funcionamiento del cerebro, produciendo alucinaciones o percepciones que van más allá de la realidad. En este grupo se incluyen sustancias extraídas de vegetales, pero tratadas químicamente en el laboratorio. Entre ellas se destacan: el cannabis, el LSD, el hachís, la marihuana y las drogas de síntesis (éxtasis, Eva, etc.).

9 ¿Crees que es adecuado el uso que se da a Sustancia de excreción

Beneficio o perjuicio

Monera Elaboración de guantes, neumáticos y chicle, entre otros productos. Penicilina Taninos

ARGUMENTO 8 Lee y analiza la siguiente información y, con base en ella, realiza las actividades 9 a 11.

los productos de excreción de los seres vivos mencionados en el texto? Cita otros ejemplos que conozcas.

10 Es común entre muchos jóvenes el consumo de drogas psicoactivas que ocasionan problemas físicos, familiares y sociales. Organiza con tus compañeros una mesa redonda en la que se expongan las consecuencias del abuso de estas sustancias.

11 Propón estrategias encaminadas a prevenir

el consumo de este tipo de sustancias. Resúmelas en un folleto para circular entre tus familiares y amigos.

Desarrollo compromisos personales y sociales

PROPONGO 12 Haz una lista de productos de uso coti-

Muchas de las drogas psicoactivas consumidas por algunos seres humanos se obtienen a partir de sustancias presentes en plantas. Algunas de estas drogas son:

diano en tu hogar o colegio, obtenidos de sustancias de excreción de seres vivos o elaborados a partir de ellas. Luego, escribe los pros y los contras que el uso o la explotación de estos productos acarrean para ti y para el ambiente.

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Entorno vivo

Excreción en animales

Productos de desecho del metabolismo El metabolismo de carbohidratos y grasas produce dióxido de carbono y agua Carbohidratos - Grasas

H2O

CO2

El metabolismo de proteínas y ácidos nucleicos produce grupos aminos Proteínas

Ácidos nucleicos

Aminoácidos

Bases nitrogenadas

Grupos —NH2

2. El proceso evolutivo de los animales permitió que estos se adaptaran a diferentes ambientes gracias al desarrollo de tejidos, órganos y sistemas que optimizaron la realización de sus funciones vitales, entre las cuales, se destacan las estructuras especializadas en el proceso de excreción. De igual forma, la supervivencia de muchos animales ha estado ligada a su capacidad de osmorregulación, fundamental para mantener el equilibrio interno.

Proceso de excreción en animales

2.1 La excreción en animales consiste en la recolección de los productos de desecho derivados del metabolismo celular y su expulsión al exterior. Los sistemas excretores actúan como un filtro, dejando pasar sustancias útiles disueltas en el líquido y reteniendo solo los desechos para expulsarlos al exterior. Los principales sistemas y órganos con función excretora en los animales son: El sistema respiratorio (branquias, tráqueas o pulmones), por donde se expulsan gases de desecho (CO2 y NH3). El sistema urinario, que puede expulsar H2O, urea, ácido úrico y sales disueltas. La piel, que produce sudor y en los anfibios expulsa CO2. Las glándulas lacrimales y glándulas de la sal, en algunas aves y reptiles marinos, por donde estos expulsan sal (NaCl). El hígado, en vertebrados, el cual vierte sustancias de excreción al intestino y expulsa hemoglobina de los glóbulos rojos destruidos. Los túbulos de Malpighi en insectos y miriápodos. Las glándulas verdes presentes en crustáceos y glándulas coxales presentes en arácnidos. Los metanefridios en moluscos y anélidos, y protonefridios y células flamígeras en platelmintos.

Excreción en animales invertebrados

2.2 La mayor parte de los invertebrados marinos excretan nitrógeno en forma de amoníaco por mecanismos de difusión. Los invertebrados que viven en ambientes de agua dulce y terrestre han desarrollado diferentes órganos excretores cuyo principio básico es la filtración de los fluidos del cuerpo, su secreción y la reabsorción de ciertas sustancias específicas. A continuación profundizaremos en los procesos de excreción en animales invertebrados desde los más sencillos hasta los más complejos. Analicemos cómo es este proceso en animales que no poseen sistema excretor. 2.2.1 La tenia, también llamada solitaria, es considerada uno de los parásitos más peligrosos del ser humano no posee sistema excretor y, por tanto, eliminan sus desechos directamente en su hospedero.

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Excreción en animales sin estructuras excretoras

En los animales más sencillos, como poríferos y cnidarios la eliminación de desechos se realiza directamente al exterior por difusión a través de la superficie de su cuerpo, y no existen estructuras especializadas en la excreción. Tampoco las tienen los platelmintos, parásitos del género Taenia, ni los equinodermos, que eliminan los compuestos nitrogenados, principalmente amoníaco, por difusión.

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Componente Procesos biológicos Enlace web

2.2.1.1 Excreción en poríferos Los poríferos tienen numerosos poros por medio de los cuales se filtra el agua que contiene las diferentes sustancias nutritivas que requieren. Son animales amoniotélicos que realizan la excreción por difusión simple, principalmente a través del coanodermo, que es una capa que cubre el interior de la esponja. Esta capa está compuesta por los coanocitos, células de forma ovoide que tienen un flagelo. Este flagelo, que está rodeado por un conjunto de microvellosidades forman un collar, se orienta hacia la cavidad interna del animal y se mueve generando una corriente que impulsa el agua hacia el interior de la esponja, para luego extraerla por el ósculo, abertura de gran tamaño en la parte superior del animal. El collar filtra el agua para tomar las sustancias nutritivas.

Salida de agua

Ósculo

Entrada de agua

Coanocito Poro Amebocito

Atrio

2.2.2 Excreción en cnidarios Los corales, las hidras y las medusas son animales amoniotélicos que, aunque en menor proporción, expulsan otras sustancias como ácido úrico y creatinina. Son generalmente poiquilosmóticos, es decir, mantienen la concentración salina interna en equilibrio con el medio, proceso que logran realizar tomando agua y expulsando sales. El proceso de excreción en estos organismos se realiza por difusión en cualquier parte de la superficie corporal. Los hidrozoos, como la hidra, se osmorregulan contrayendo su cavidad gastrovascular para eliminar el exceso de agua. 2.2.3 Excreción en platelmintos parásitos Dentro de los gusanos planos o platelmintos, existen algunos organismos que son endoparásitos de vertebrados, es decir, que viven en el interior de ciertos animales de los cuales obtienen beneficio y a quienes causan daño. Pertenece a este grupo la tenia, platelminto que carece de sistema digestivo, ya que absorbe los nutrientes de su hospedador. Las sustancias de desecho de este organismo se vierten en dos pares de conductos excretores, uno a cada lado del cuerpo, que se extienden a través de él hasta desembocar en un poro excretor.

Menor concentración de amoniaco

Excreción en invertebrados con estructuras excretoras 2.3

Mayor concentración de amoniaco

Los animales invertebrados poseen diversas estructuras excretoras, entre las que se pueden mencionar los protonefridios, los metanefridios, las glándulas verdes o antenales, las glándulas coxales y los tubos de Malpighi. 2.3.1 Excreción mediante protonefridios Los protonefridios son las estructuras excretoras propias de los animales que no tienen celoma, es decir, una cavidad interna ubicada entre la pared del cuerpo y sus órganos internos. Hacen parte de este grupo, platelmintos como la planaria la cual es un organismo principalmente amoniotélico. Los protonefridios están conformados por una red de tubos muy ramificados denominados túbulos protonefridiales, que se encuentran conectados entre sí. Uno de los extremos de estos tubos es ciego y el otro se abre al exterior mediante un orificio o poro excretor llamado nefridioporo. La ausencia de un riñón que filtre las sustancias de desecho se ve compensada por la presencia de unas células llamadas flamígeras en el extremo ciego.

Las medusas excretan amoniaco y otras sustancias de desecho principalmente por difusión a través de las membranas de sus células. ©

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2.3.1.1 Las células flamígeras

Cilios

Núcleo

Célula flamígera Túbulo

Nefridioporo en la pared del cuerpo

El fluido corporal entra a las células flamígeras

Túbulos

Las células flamígeras están provistas de flagelos que permiten la movilización de agua, amoníaco y sales minerales hacia el tubo excretor. Las sustancias de desecho atraviesan las células flamígeras, ingresan a los túbulos y son empujadas por el movimiento de los flagelos hacia el poro excretor o nefridioporo. Durante este recorrido, el agua y las sustancias que son útiles al platelminto son reabsorbidas y los desechos son expulsados por él nefridioporo. Algunos platelmintos tienen protonefridios con células flageladas de gran tamaño llamadas solenocitos, que se asocian entre sí formando una cámara que recoge las sustancias nitrogenadas, que luego son expulsadas por acción de los flagelos.

2.3.2 Excreción mediante metanefridios Los metanefridios son estructuras excretoras conformadas por una red de túbulos complejos en forma de embudo que tienen cilios. Son propias de los anélidos y los moluscos. 2.3.2.1 Metanefridios en anélidos

2.3.2.2 Metanefridios en moluscos Canal excretor

Nefrostoma Cavidad celómica Nefroporo

Gládula renal

Nefridio

Órgano de Bojanus Ventrículo

Red de capilares Túbulo o nefroducto

Comunicación renopericárdica

Aurícula

Nefrostoma Túbulo colector

Metanefridio

Vejiga

En anélidos, el metanefridio es un tubo largo con un extremo interno en forma de embudo llamado nefrostoma que posee cilios y comunica con la cavidad celómica del segmento anterior. El movimiento de los cilios conduce el líquido hacia el interior del embudo. A lo largo del tubo se reabsorben las sustancias necesarias y queda únicamente un líquido acuoso, con desechos que se eliminan al exterior a través de un poro excretor llamado nefridioporo.

1 00

Los moluscos acuáticos son organismos principalmente amoniotélicos y los terrestres, uricotélicos. En moluscos, los órganos excretores que se conocen comúnmente como riñones, son un par de metanefridios tubulares, llamados órganos de Bojanus. Uno de los extremos de estos nefridios está en contacto con la cavidad interna por medio del nefrostoma y el otro extremo, desemboca en el poro excretor o nefridioporo, por el cual se expulsan las sustancias de desecho.

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Componente Procesos biológicos

2.3.3

Excreción mediante glándulas antenales y maxilares

Enlace web

Son los órganos excretores de los crustáceos. Se llaman antenales o maxilares, según terminen en la base de las antenas o en las maxilas. En crustáceos decápodos, como Homarus gammarus conocido con el nombre de bogavante, son antenales y se llaman glándulas verdes. Estas glándulas son pares y están rodeadas de capilares sanguíneos. Consisten en una cámara glandular, que recoge el filtrado, un tubo excretor en el que se realiza la absorción de algunas sustancias, una vejiga muscular y un poro excretor que conecta al exterior.

Túbulos de Malpighi

2.3.4 Excreción mediante glándulas coxales Las glándulas coxales son similares a las glándulas verdes y están presentes en arácnidos como las arañas. Se encuentran cerca a las coxas, que son los primeros segmentos articulados de las patas de estos organismos, por las que se unen al tórax. Las glándulas coxales, que se encuentran sumergidas en la hemolinfa, son bolsas esféricas de paredes delgadas con un largo tubo contorneado y una dilatación terminal previa al orificio coxal. Las sustancias de desecho circulan en la hemolinfa, de donde son absorbidas para pasar luego al tubo excretor que se conecta con el poro excretor denominado orificio coxal, por el cual son expulsadas. 2.3.5 Excreción mediante túbulos de Malpighi También llamados túbulos de Malpigio, son los órganos excretores de insectos, miriápodos y algunos arácnidos. Están conformados por una serie de tubos angostos localizados en la parte posterior del cuerpo y se encuentran unidos al tubo digestivo. El número de túbulos varía de un organismo a otro, por lo cual es posible encontrar desde un par hasta cien, como en las abejas. Tienen un extremo ciego o cerrado y el otro extremo abierto al intestino, donde vierten los productos de desecho. Su función es captar las sustancias de desecho de la cavidad interna del animal, para expulsarlas hacia el intestino en donde se realiza la reabsorción de las sustancias útiles y la eliminación de los compuestos o desechos nitrogenados. 2.3.5.1 Mecanismo de acción

Reabsorción de agua, iones y moléculas orgánicas útiles

Estómago

Ano Intestino Recto

Heces y orina Túbulo de Malpighi

Sal, agua y desechos nitrogenados

de los túbulos de Malpighi

Los tubos de Malpighi desechan de manera eficiente compuestos nitrogenados con una mínima pérdida de agua, razón por la cual es frecuente encontrar a los animales que los poseen en hábitats áridos. Por ejemplo, en el saltamontes, los desechos nitrogenados se eliminan en forma de cristales de ácido úrico con muy poca presencia de agua. Las paredes de los tubos son permeables, lo que permite el paso de sustancias de desecho como el ácido úrico y los iones de potasio y sodio, desde la hemolinfa hacia su interior, mediante difusión o transporte activo. En los tubos se forma una pre-orina que luego se mezcla en el intestino posterior con los desechos digestivos formando heces, es decir, una pasta semi-seca, en la que se elimina principalmente el ácido úrico. Durante el recorrido del filtrado desde los tubos hasta el recto, se reabsorben iones y agua, sustancias que el organismo requiere para su funcionamiento.

Túbulos de Malpighi

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Competencias científicas

3 Colorea, del mismo color, los recuadros que

INTERPRETO A F I A N Z O

contengan conceptos relacionados entre sí.

1 Une con líneas la información de las tres columnas, según corresponda.

C O M P E T E N C I A S

Columna A

Columna B

Uricotélicos

Animales que expulsan el nitrógeno en forma de ácido úrico.

Amoniotélicos

Animales que expulsan el nitrógeno en forma de urea.

Ureotélicos

Animales que expulsan el nitrógeno en forma de amoníaco.

Columna C

Solenocitos

Coanocitos

Coanodermo

Protonefridios

Glándulas verdes

Cangrejos

Células flamígeras

4 Escribe, en cada recuadro, la letra que corresponde al nombre de la estructura excretora de cada organismo. a. Ósculo c. Túbulos de Malpighi

b. Glándulas verdes d. Células flamígeras

Planaria

Cangrejo

Abeja

Esponja de mar

2 Escribe F, si el enunciado es falso o V, si es verdadero. Luego, en tu cuaderno, corrige los enunciados falsos.

Los poríferos eliminan las sustancias de desecho por difusión, ya que no tienen un sistema excretor. En los poríferos el collar permite la salida de los desechos al exterior. Las células flamígeras son estructuras propias de los protonefridios. Los órganos de Bojaus son órganos excretores de los moluscos. Los caracoles poseen glándulas verdes. Las glándulas coxales están presentes en insectos. La hemolinfa es el líquido circulatorio de los artrópodos. En las glándulas coxales, presentes en los arácnidos, las sustancias de desecho son expulsadas por el nefridioporo.

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Glándulas antenales

5 Completa cada afirmación con el nombre o los nombres correctos.

No tienen órganos especializados de excre. ción: Tienen células flamígeras: . Realizan la excreción por medio de metanefriy . dios: Estructuras excretoras se encuentran unidas al tubo digestivo de los insectos: .

6 Describe cómo excretan estos organismos: Medusa: Lombriz de tierra: Hormiga: Esponja:

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Identificar •

Indagar •

7 Ordena, en el siguiente esquema, cada una de las etapas del proceso de excreción de un artrópodo terrestre. Para ello, escribe dentro de cada recuadro, la letra correspondiente.

Explicar •

Comunicar •

Trabajar en equipo

10 Responde en tu cuaderno las siguientes preguntas:

¿Existe alguna relación entre el metabolismo celular y la excreción? Explícala. ¿Por qué los animales terrestres no excretan el nitrógeno en forma de amoníaco sino de urea? Desarrollo compromisos personales y sociales

PROPONGO a. El agua, iones y los metabolitos son absorbidos por los tejidos corporales. b. El intestino recibe el agua y las partículas disueltas. c. El ano expulsa los desperdicios. d. El intestino grueso recibe los desechos metabólicos. e. Los túbulos de Malpighi absorben el agua y las partículas disueltas en la hemolinfa.

ARGUMENTO 8 Analiza la siguiente situación y, con base en ella, responde la pregunta 9.

11 Lee la siguiente información.

Las perlas naturales se forman cuando un cuerpo extraño penetra al interior del cuerpo del molusco, el cual reacciona cubriendo lentamente la partícula con una secreción de cristales de carbonato de calcio (CaCO3) y una proteína llamada conchiolina, formando la sustancia conocida como nácar, que recubre la cavidad paleal del animal (las paredes interiores de las valvas). Al cabo de un período variable la partícula termina cubierta por una o más capas de nácar, formando una perla, y tardan aproximadamente 10 años en formarse.

12 Reúnete con un grupo de personas de tu Un estudiante de clase de biología quería observar cómo actúan los túbulos de Malpighi en determinadas situaciones de concentración de sal. Para ello, capturó un saltamontes y lo sumergió en una solución salina durante seis horas. Luego, hizo una disección del animal y observó la forma como se encontraban los túbulos de Malpighi.

9 De acuerdo con el estudio de la función de

excreción en animales invertebrados, ¿cómo crees que el estudiante encontró dentro del saltamontes los túbulos de Malpighi?

curso y realiza las siguientes actividades.

Respondan: ¿Qué otros productos de excreción o secreción de animales invertebrados, aparte de los mencionados en el tema, son importantes para los seres humanos? Consulten por qué las perlas son objetos tan apreciados para la elaboración de joyas. Elaboren la propuesta de una microempresa que se fundamente en la explotación de algún producto de excreción o secreción de un animal invertebrado. ©

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Entorno vivo

Excreción en animales vertebrados

Recurso imprimible

3. El principal órgano de excreción en los vertebrados es el riñón y la uni­ dad funcional del riñón es la nefrona. Cada riñón de un ser humano tiene alrededor de un millón de nefronas. A pesar de que los riñones de los ver­ tebrados son similares en cuanto a su composición, las funciones de estos órganos están bien diferenciadas dependiendo del hábitat de la especie. Así, los riñones en los peces se han especializado en eliminar agua mientras que los riñones de muchos mamíferos se han especializado en retener agua.

Riñón Uréter Vejiga Uretra

La nefrona: unidad funcional del riñón

3.1 Para entender cómo los riñones pueden realizar funciones opuestas en di­ ferentes grupos de animales es importante comprender cómo funcionan las estructuras que integran la nefrona y cómo trabajan unidas para modificar la composición de la orina.

La aparición de estructuras excretoras durante el proceso de evolución de los animales les permitió tolerar los cambios y, de esta manera, mantener la homeostasis.

La nefrona tiene tres partes principales: Los glomérulos, que son un conjunto de capilares los cuales filtran el plasma. Los túbulos renales, que son unas estructuras que reciben y modifican el líquido que se forma a partir de la filtración del plasma sanguíneo. Los capilares peritubulares, que son estructuras de apoyo para los túbulos renales.

Enlace web

2. El glomérulo es el sitio donde ocurre la filtración de la sangre.

1. Una arteriola aferente suministra sangre al glomérulo. Sitio de la filtración

3. La cápsula de Bowman recibe molécu­las de agua que se han filtrado en el glomérulo.

4

2

Sitio de la secreción tubular y absorción

1

4. Una arteriola eferente transporta la sangre desde el glomérulo.

5

3

5. Las células del túbulo renal alteran la composición de la orina.

6

7 Sitio de procesamiento de la orina

8

8. El filtrado (orina) de cada una de las nefronas entra en los conductos colectores y se dirige a un conducto común para salir del riñón.

6. Los capilares peritubulares llevan las sustancias reabsorbidas y traen los materiales de desecho a los túbulos que serán eliminados en la orina. 7. La vénula renal drena los capilares peritubulares.

Cada nefrona tiene dos componentes: uno de tipo vascular y otro de tipo tubular. El componente vascular consta de un grupo de capilares que se encuentran entre la arteriola que suministra la san­ gre para su filtración y la vénula que recoge aquella ya filtrada. Los capilares forman un nudo denso y permeable el cual recibe el nombre de glomérulo. La sangre entra en el glomérulo a través de una arteriola aferente y sale a través de una arteriola eferente. La arteriola eferente da lugar a la segunda serie de capilares, los capilares peritubulares, que rodean el componente tubular de la nefrona. El componente tubular de la nefrona, llamado túbulo renal, comienza con la cápsula de Bowman, que encierra el glomérulo. El glomérulo está incrustado dentro de la cápsula de Bowman y, en su conjunto, se denominan cor­púsculo renal. Las células de la cápsula que entran en contacto di­ recto con los capilares glomerulares son llamados podocitos. Estas células, altamente especializadas, tienen numerosas extensiones en forma de brazo, cada uno con cientos de proyecciones finas que se asemejan a un dedo. Los podocitos forman una cubierta alrededor de los capilares para que sus proyecciones digiformes se entrecrucen y cubran por completo los capilares.

104 Acción de pensamiento: explico el proceso de excreción en animales vertebrados.

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Componente Procesos biológicos

3.2

Otros órganos excretores de los vertebrados

Enlace web

En algunos animales vertebrados, las funciones de excreción y osmorregulación se complementan con la función que desempeñan otros órganos que no pertenecen al sistema excretor, como las branquias, la piel, las glándulas sudoríparas, los pulmones, las glándulas lacrimales, las glándulas de sal y el intestino. Branquias Son estructuras propias de peces, con tres funciones importantes: osmorregulación, excreción y regulación del pH del medio extracelular. En cuanto a la excreción, permiten la eliminación de dióxido de carbono, sales y nitrógeno en forma de amoniaco —NH3—. Pez

Branquias

Agua con dióxido de carbono

Corte transversal de la piel

Entrada de agua con oxígeno

Filamentos branquiales

Pulmones Son órganos del sistema respiratorio. Facilitan la excreción de dióxido de carbono, gas producido como desecho metabólico de la función de respiración. Este gas se elimina de la sangre en los pulmones y de allí, sale al exterior por las fosas nasales o la boca. Ave

Tráquea

Sacos aéreos torácicos anteriores

Sacos aéreos torácicos posteriores

Pulmones con sacos aéreos

Piel y glándulas sudoríparas En anfibios, la piel húmeda permite la expulsión de dióxido de carbono por medio de difusión. Las glándulas sudoríparas se encargan de eliminar el sudor, que es una sustancia compuesta de agua en la que están disueltas sales y otras sustancias de desecho.

Sacos aéreos abdominales

Anfibio

Glándula sudorípara

Glándulas lacrimales Son estructuras ubicadas en la parte superior externa de los ojos. Producen las lágrimas formadas por agua, cloruro de sodio (sal común) y albúmina, que permiten mantener limpia y húmeda la superficie del ojo, nutrir la córnea y lubricar el ojo para favorecer el movimiento de los párpados. Glándula lacrimal vista frontal

Glándula lacrimal vista lateral

Mamífero

Glándulas de sal Intestino Son estructuras propias de aves y reptiles asociados a ambientes Es un órgano del sistema digestivo de los animales, que recibe marinos. Se ubican en depresiones cercanas a los ojos. Estas glán- productos de excreción del hígado para su posterior eliminación. dulas permiten eliminar los excesos de sal que resultan del consumo de agua y alimentos del océano. Glándulas de sal

Ave marina

Conducto central Sistema digestivo

Lóbulos

Reptil

Intestino

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Enlace web Un pez de agua salada Pierde agua Incorpora agua por ósmosis a través y sales bebiendo de las branquias agua de mar

Solutos Agua

Elimina urea, otras sales y poca agua en forma de orina escasa

3.3

Los vertebrados que viven en agua salada están expuestos a una pérdida constante de agua por ósmosis, debido a que se encuentran en un medio hipertónico con relación a su medio interno. Frente a esta situación, estos animales han desarrollado los siguientes mecanismos: Los peces óseos toman grandes cantidades de agua salada por la boca que, posteriormente, es reabsorbida casi en su totalidad por los riñones. Esto ocasiona que se excrete poca orina, pero muy concentrada. Los peces cartilaginosos han convertido su medio interno en un medio casi isotónico con relación al medio externo. Para ello, reservan urea en cantidades tan altas que serían mortales para otros organismos; toman el agua por ósmosis y no por ingestión; producen una abundante orina hipotónica; y presentan una glándula de sal en la región posterior del intestino por la cual eliminan el exceso de sal. Los reptiles y las aves marinas poseen glándulas de sal. Los mamíferos marinos producen una orina hipertónica y adquieren el agua de las presas que consumen.

3.4 Un pez de agua dulce El agua ingresa por ósmosis a través de las branquias

Se incorporan sales con el alimento

Se excreta en orina muy abundante para eliminar el exceso de agua y sales

Se eliminan sales por difusión a través de las branquias

Excreción en vertebrados de agua salada

Excreción en vertebrados de agua dulce

Los vertebrados que viven en aguas dulces están adaptados a medios hipotónicos. Como el medio interno del animal es hipertónico con relación al medio externo, el agua tiende a entrar por ósmosis a través de los tejidos epiteliales externos. Por esta razón, deben contrarrestar la tendencia del agua a penetrar en sus cuerpos y con ello, la pérdida de sales. Para ello, estos animales han desarrollado los siguientes mecanismos: Un gran número de glomérulos en los riñones se encargan de excretar el exceso de agua formando una orina muy diluida. Muchas sustancias esenciales son reabsorbidas por los riñones; sin embargo, algunas son excretadas en la orina o salen del organismo por difusión. El equilibrio de estas sustancias se mantiene gracias a la ingesta constante de alimentos y mediante células especializadas en absorber sal. Estas células transportan las sales desde el agua hacia la sangre para que puedan ser utilizadas de nuevo por el organismo. Algunos vertebrados acuáticos poseen una cutícula impermeable que impide la pérdida de sales y la entrada de agua. La ingesta de agua es mínima para evitar la excreción de agua.

3.5

Excreción en vertebrados terrestres

Los vertebrados terrestres obtienen agua principalmente de los alimentos que consumen y como resultado de algunas reacciones metabólicas, como por ejemplo, la respiración celular. A su vez, pierden agua de forma controlada por medio de los pulmones, la piel, las heces y la orina. La deshidratación es uno de los principales retos que deben enfrentar los animales terrestres debido a que la disponibilidad de agua, para muchos, puede ser limitada. Por ello, son muchas las estrategias que presentan para mantener el balance hídrico: Los anfibios requieren que su piel se mantenga húmeda para facilitar el proceso de intercambio de gases, por ello y otras razones, viven en sitios húmedos. La piel de los reptiles es prácticamente impermeable. Sin embargo, al sudar pueden deshidratarse, razón por la cual excretan ácido úrico disuelto en una mínima cantidad de agua. Las aves poseen nefronas con gran capacidad de reabsorción tubular que les permite excretar ácido úrico en una mínima cantidad de orina hipertónica y poseen glándulas de sal. Los mamíferos poseen nefronas con asas de Henle largas y complejas que permiten la producción de orina hipertónica en la que se expulsa urea.

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Componente Procesos biológicos

Cuadro comparativo de sistemas excretores en vertebrados Grupo de vertebrados

Productos, estructuras y mecanismos de excreción

Urea y amoniaco. Los peces marinos ingieren grandes cantidades de agua salada por la boca. Por

Peces

ósmosis, pierden agua, y por las branquias, excretan sales.

Riñón

Gran parte del agua se reabsorbe en los riñones por lo que se excreta orina concenUréter

Vejiga

trada en pequeñas cantidades.

Los peces de agua dulce casi no beben agua, la incorporan por ósmosis y absorben sal por medio de las branquias.

Los riñones reabsorben sales, pero muy poca agua, por lo que se excreta orina diluida en abundantes cantidades.

Los peces cartilaginosos tienen cloaca, mientras que los peces óseos no.

Ano

Urea. Poseen un riñón funcional, cuya unidad básica es la nefrona, conformada por un

Anfibios Riñón Urostilo Urostilo

Riñón

Cloaca

Vejiga urinaria

Vejiga

glomérulo y un tubo contorneado en el que se filtra la sangre y se realiza la reabsorción de agua y sales minerales. Estos túbulos se unen a tubos mayores para conformar los uréteres o conductos de Wolff, por donde pasa la orina hacia la cloaca. La piel también contribuye con el proceso de excreción ya que por ella se expulsa agua y dióxido de carbono, productos del proceso de respiración. Poseen una vejiga urinaria en la que almacenan agua que queda disponible junto con las sales, para cuando el organismo las requiera. Así mismo, pueden captar agua por unos canales presentes en su piel.

Cloaca

Amoniaco y ácido úrico. Poseen un par de riñones metanéfricos en los que se produce la orina. Las tortugas

Reptiles y aves

y los lagartos tienen una vejiga urinaria conectada a la cloaca por una uretra corta.

Los reptiles acuáticos excretan la mayor parte de sus desechos nitrogenados en

Riñones

Cloaca

Uréter Mamíferos

Uréter

Vejiga

Uretra

forma de amoniaco, razón por la cual ingieren abundante agua para poder diluir la orina. Otros reptiles, especialmente los terrestres, convierten el amoniaco en ácido úrico, un compuesto menos tóxico, por lo cual su orina es más concentrada, lo que les permite conservar agua. Las aves poseen un par de riñones metanéfricos de gran tamaño e irregularmente lobulados. De cada riñón sale un uréter que desemboca directamente en la cloaca, que es una cavidad abierta al exterior, situada en la parte final del tracto digestivo. En la cloaca confluyen los conductos finales de los sistemas urinario y reproductor. Allí se concentra principalmente el ácido úrico en donde se mezcla con las heces y se reabsorbe el agua. Las aves marinas poseen glándulas de sal que les permiten excretar las grandes cantidades de sal que ingieren en el agua y las presas que consumen.

Urea. Poseen un eficaz sistema excretor formado por un par de riñones, un par de uréteres, una vejiga y una uretra.

Los mamíferos que viven en sitios muy secos tienen asas de Henle muy largas que les permiten reabsorber una gran cantidad de agua.

El amoniaco que se produce en el metabolismo de los compuestos nitrogenados se

convierte en el hígado en urea, desde donde pasa al torrente sanguíneo. Su excreción implica cierta pérdida de agua. En organización y funcionamiento, todos los sistemas excretores son muy similares. Ano

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Competencias científicas

INTERPRETO A F I A N Z O

1 Completa el siguiente cuadro. Estructuras excretoras

Sustancias que excretan

Pulmones Dióxido de carbono y amoniaco Anfibios Glándulas sudoríparas

C O M P E T E N C I A S

Cloruro de sodio Intestino

2 Responde las siguientes preguntas. ¿Qué función cumple el riñón en los animales vertebrados? ¿Qué relación existe entre el sistema excretor y el proceso de colonización de los animales vertebrados en diversos ambientes? ¿Qué factores determinan que la composición de la orina y, específicamente las sustancias de desecho, varíen de unos organismos a otros?

3 Relaciona la información de las tres columnas. Para ello, une con una línea del mismo color las tres columnas según corresponda. Columna A Albatros

Rana

Columna B Poseen un riñón funcional que filtra la sangre y realiza la reabsorción de agua y sales minerales.

Columna C

Eliminan urea y amoniaco.

4 Lee el siguiente texto y, con base en él, responde las preguntas 5 a 7.

La ósmosis en los animales acuáticos La ósmosis se produce cuando el medio interno y el externo tienen salinidades diferentes debido a que la superficie del organismo acuático es permeable al agua, pero no a los iones. Hay animales que tienen toda su superficie permeable al agua, como por ejemplo, las medusas y los moluscos. Otros presentan branquias, que son también estructuras permeables al agua. Algunos animales, como las ballenas que, pese a tener toda su superficie impermeable, ingieren alimentos marinos ricos en sal, por lo que también presentan procesos de ósmosis.

5 ¿Qué relación existe entre permeabilidad y ósmosis?

6 ¿Qué sucedería si las branquias no fuesen permeables al agua?

Los riñones reabsorben sales, pero muy poca agua por lo que se excreta orina diluida en abundantes cantidades.

Permiten la excreción de las grandes cantidades de sal que ingieren.

Poseen glándulas de sal.

Eliminan urea.

Pez

1 08

Organismos que las poseen

7 ¿Cómo tendría que ser la concentración de

sal del ambiente para un organismo que no posee mecanismos para contrarrestar los procesos de ósmosis?

8 Identifica algunas semejanzas y diferencias

entre los sistemas de excreción de los siguientes animales.

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Identificar •

Indagar •

9 Escribe D, si la afirmación corresponde a una

situación de excreción de un pez de agua dulce o S, si corresponde a una situación de excreción de un pez de agua salada. Medio hipotónico. Medio hipertónico. Ingestión de sales contenidas en el alimento. Riñón con glomérulos pequeños. Orina abundante (sale mucha agua y muy diluida). Bebe agua con alta concentración de iones Na1 y Cl2. Sal excretada a través de las branquias por transporte activo.

Comunicar •

Trabajar en equipo

gracias a una estructura anatómica particular llamada glándula de sal. Esta glándula es par y generalmente cada una se ubica en la parte superior de cada ojo. Dicha glándula comienza a funcionar en cuanto el ave se alimenta de algún animal o ha bebido agua salina. Entonces, la gaviota empieza a llorar lágrimas lechosas que se escurren por el pico. Periódicamente, el ave se sacude para eliminarlas. Las lágrimas son blancas debido a la gran cantidad de sal que contienen.

11 ¿Qué semejanzas y diferencias encuentras entre las glándulas de sal presentes en la planta Atriplex halimus y aquellas presentes en la gaviota? Justifica tu respuesta.

Desarrollo compromisos personales y sociales

ARGUMENTO 10 Lee y analiza las informaciones identificadas

con las letras A y B y, con base en ellas, responde la pregunta 11. A

Explicar •

B

A. Existen plantas que se denominan halófitas que son propias de suelos con altas concentraciones de sal. Estas plantas poseen estructuras que les permiten excretar el exceso de sal. Por ejemplo, la planta Atriplex halimus posee una epidermis cubierta de pelos vesiculosos en los cuales se acumulan las sales que son absorbidas en exceso del suelo. Cuando la célula colapsa, estas sales se almacenan en la vacuola y el contenido líquido de esta se evapora y las sales forman una capa sobre las hojas de la planta. B. Las gaviotas (familia Laridae) y otras aves marinas, cuando tienen sed, beben agua del océano. Consiguen sobrevivir a la ingesta de un elemento con tanta concentración iónica,

PROPONGO 12 Lee la siguiente información y, con base en ella, realiza la actividad 13.

Los peces y los invertebrados marinos se relacionan íntimamente con el agua que los rodea. Es a partir de ella, que obtienen los elementos necesarios para el mantenimiento de sus funciones vitales y es en ella, donde liberan los desechos producidos por el metabolismo celular. Este intercambio entre el medio interno y el externo se realiza principalmente a través de delgadas membranas biológicas, selectivamente permeables que permiten y regulan el tránsito de determinadas sustancias.

13 Teniendo en cuenta lo que has aprendido acerca del tema de excreción en vertebrados, ¿cómo podrías controlar la calidad del agua para mantener un acuario sin que los animales se afecten por sus propias sustancias de excreción? Plantea algunas posibles soluciones para ello. ©

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Actividad

Excreción humana

Lexicón Tóxico: palabra que se deriva del latín toxicum y este a su vez del griego toxikon pharmakon que significa “veneno para flechas”.

4. De acuerdo con lo estudiado en las funciones de digestión, circulación y respira­ ción, se destaca la función de la sangre como medio de transporte de los nutrientes a todo el cuerpo y, al mismo tiempo, como medio de transporte de las sustancias de desecho, producto del metabolismo celular, hacia los diversos órganos excreto­ res para su posterior eliminación. La función excretora en los seres humanos es realizada por el sistema urinario el cual está conformado por los riñones, los uréteres, la vejiga y la uretra que, en su conjunto, se encargan de filtrar la sangre y eliminar los desechos y, otros órganos del cuerpo como los pulmones; el hígado; el intestino grueso; y algunas glándulas como las sudoríparas, las lacrimales y las ecrinas. 4.1

Órganos implicados en la función excretora Órgano

Actividades Relación con la excreción

Estructura Alvéolos Red capilar

El aire entra en los alvéolos

A Pulmones Lóbulos hepáticos

A. Los pulmones permiten el intercambio gaseoso entre el ambiente externo y el torrente sanguíneo. Este proceso, que ocurre a nivel de los alvéolos pulmonares, permite el paso del oxígeno a los glóbulos rojos y a su vez, el paso de dióxido carbono desde estos hacia el exterior. B. El hígado es un órgano con funciones fundamentales en la actividad metabólica del organismo. Su función excretora se realiza principalmente de las siguientes formas: Produciendo bilis, sustancia que permite eliminar el colesterol, la bilirrubina y otros productos.

B

Hígado

Bilis

Hepatocitos

Interior

Liberando al cuerpo de sustancias tóxicas como el amoniaco y los fármacos.

C Intestino grueso

1 1 0 Acción de pensamiento: explico el proceso de excreción en los seres humanos.

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Facilitando la digestión y la absorción de grasa en el intestino, gracias a la producción de sales biliares.

Pared del intestino

C. Como resultado de la función digestiva se forman las heces, un conjunto de desperdicios y demás sustancias que no son absorbidas por el intestino delgado. Las heces son compactadas y almacenadas en el intestino grueso para luego ser eliminadas por el ano.

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Componente Procesos biológicos

Glándulas con función excretora

4.2 A algunas glándulas exocrinas como las glándulas sudoríparas y las glándulas lacrimales se les atribuyen funciones excretoras. Glándulas sudoríparas Se encuentran en casi todas las regiones de la piel. Son estructuras tubulares, co­ nectadas a un poro exterior, que atraviesan la epidermis y la dermis en donde forman una especie de ovillo que termina en un tubo. Pueden ser de dos tipos: apocrinas y ecrinas. Las glándulas sudoríparas apocrinas se encuentran en pocas cantidades en la axila, el conducto auditivo externo, los pezones, el periné y el pubis. Producen sustancias que dan el olor característico a estas zonas del cuerpo. En los pezones se encargan de producir minúsculas gotas de grasa en la leche materna. Las glándulas sudoríparas ecrinas son más numerosas que las apocrinas, y se encuentran en cada centímetro cuadrado de piel. Están repartidas por todo el cuerpo, pero en mayor cantidad en las palmas de las manos, las plantas de los pies, las axilas y la frente. Estas glándulas, en su conjunto, producen aproximadamente un litro de sudor al día y, en condiciones extremas, pueden producir hasta diez litros. El sudor es un líquido formado por agua y sustancias de desecho de los capilares sanguíneos. Su composición es muy semejante a la de la orina (agua, sales minerales y sustancias orgánicas) aunque más diluida. Además de su función excretora, el sudor ayuda a regular la temperatura corporal, ya que al evaporarse enfría la superficie de la piel.

Estructura de las glándulas sudoríparas

Ducto sudoríparo

Glándula sudorípara

Corte longitudinal

Glándulas lagrimales Estas glándulas se encuentran ubicadas en la parte inferior externa del párpado su­ perior. Están encargadas de la producción de las lágrimas, un líquido constituido por agua, cloruro de sodio (NaCl) y una proteína llamada albúmina. La función de las lágrimas es mantener húmeda y limpia la superficie del ojo; nu­ trir la parte exterior de la córnea y lubricar el ojo para permitir el movimiento de los párpados. Si hay una producción excesiva de lágrimas, como cuando lloramos, el exceso de lágrimas drena a unos pequeños conductos que desembocan en la cavidad nasal.

Actualidad científica

1 2

4

6

5 7

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3 10

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11

8

7. Conducto lagrimal 1. Glándula lacrimal inferior 2. Conductos excretores de la glándula lagrimal 8. Punto lagrimal inferior 3. Punto lagrimal superior 9. Cornete medio 10. Orificio del conducto 4. Saco lagrimal nasal 5. Conducto lagrimal 11. Meato inferior superior 12. Cornete inferior 6. Carúncula lagrimal

Se ha comprobado que cada persona produce un olor específico determinado genéticamente, razón por la cual puede llegar a ser como el ADN o las huellas digitales. Los científicos trabajan en la elaboración de dispositivos que permitan rastrear estos olores para descifrar casos en los que se requiera identificar desaparecidos, terroristas, criminales, entre otros casos. ©

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Sistema urinario humano

Estructura del sistema urinario

B

A cada riñón llega una gruesa arteria renal, cargada de sustancias de desecho, y sale una vena renal, con sangre limpia de desechos. En términos generales, los riñones se encargan de:

D

C E

G A. Vena renal

E. Uréter

B. Arteria renal

F. Vejiga

C. Riñón derecho

G. Uretra

D. Riñón izquierdo Corte longitudinal de la vejiga Ligamento umbilical medio Uréter

Cuello vesical Esfínter externo

112

Regular el volumen de agua. Eliminar sustancias de desecho. Controlar la acidez de la sangre y demás fluidos corporales. Mantener estable la concentración de sales. Regular la presión arterial. Producir hormonas. 4.3.2 Vías urinarias Las vías urinarias son los conductos que transportan la orina desde los riñones hasta el exterior. Están constituidas por los uréteres, la vejiga y la uretra.

F

Músculo detrusor

4.3 El sistema urinario humano está formado por el conjunto de órganos que per­ miten la formación y la evacuación de la orina. Hacen parte de este sistema: dos riñones y las vías urinarias conformadas por dos uréteres, una vejiga y una uretra. Actividad 4.3.1 Los riñones Los riñones son dos órganos situados en la parte posterior de la cavidad abdomi­ nal, a los dos lados de la columna vertebral. El riñón derecho se encuentra más bajo que el riñón izquierdo ya que es desplazado por el hígado. Los riñones actúan como máquinas que purifican la sangre con el fin de mantener la homeostasis y, como resultado de este proceso, se produce la orina que, según las condiciones propias de cada persona, varía en cantidad y composición.

A

Ligamento lateral umbilical

Ampliaciones multimedia

Meatos uretrales Esfínter interno Próstata

Uréteres: son dos finos conductos con una longitud de entre 25 a 30 cm y un diámetro de entre 4 y 7 mm. La pared de los uréteres está formada por tres capas: la mucosa, que recubre la parte interna; la muscular intermedia, compuesta por células musculares con función contráctil; y la serosa externa, conformada por tejido conjuntivo. Los uréteres se encargan de conducir la orina desde los riño­ nes hasta la vejiga urinaria, gracias a los movimientos peristálticos de sus paredes. Vejiga urinaria: es una bolsa muscular elástica y hueca ubicada en la cavidad pél­ vica. Se encarga de almacenar entre 600 y 800 mL de la orina proveniente de los uréteres. Generalmente, la capacidad de almacenamiento de la vejiga es mayor en mujeres, lo cual aumenta con la edad entre un 10% y un 30%. Consta de dos par­ tes: el cuerpo y el cuello. El cuerpo almacena la orina hasta el límite de activación de la micción y su contracción permite la expulsión. El cuello es una estructura en forma de embudo que comunica la vejiga con la uretra; en su extremo inferior se encuentran los esfínteres, músculos que controlan la micción o la evacuación de la orina. Uretra: es un conducto encargado de conducir la orina desde la vejiga hacia el ex­ terior. La uretra femenina tiene una longitud de entre 3 y 4 cm y la uretra mascu­ lina entre 20 y 25 cm y presenta tres secciones: la prostática, la membranosa y la peniana o esponjosa. En las mujeres, la función exclusiva de la uretra es la expul­ sión de orina mientras que, en los hombres, se encarga tanto de la expulsión de la orina como de las secreciones de los órganos reproductivos.

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Componente Procesos biológicos

Anatomía y fisiología del riñón

Ampliación

Actividad

4.4 multimedia Los riñones son órganos especializados en la excreción de las sustancias de de­ secho producidas en el metabolismo celular. Para ello, cuentan con una serie de regiones y células especializadas en la formación de la orina. Estas son la corteza renal, la médula renal y la pelvis renal.

Estructura del riñón

La corteza renal (ver imagen A), que es la capa más externa del riñón y está con­ formada por una serie de tejidos y estructuras claramente diferenciadas. Una capa delgada, pero fuerte, de tejido conector denso que recubre todo el riñón. Bajo esta capa hay una zona de tejido, la corteza del riñón y en ella se ubican las nefronas. La médula renal (B), que es la capa interna del riñón de color más claro, está formada por unas estructuras cónicas llamadas pirámides renales, las cuales presentan una apariencia estriada debido a la numerosa cantidad de túbulos y conductos colectores. La pelvis renal (C), que es una cavidad conformada por unas estructuras denomi­ nadas cálices renales encargadas de recoger la orina que se forma en las pirámides renales y dirigirla hacia los uréteres. La sangre llega a cada riñón por medio de una arteria renal (D) y luego fluye por las arteriolas, los capilares y las vénulas de la corteza y la médula. Las vénulas se conectan con una vena renal (E) que sale del riñón. La nefrona, la unidad funcional del riñón Cada riñón está conformado por más de un millón de nefronas, estructuras en­ cargadas de filtrar y depurar la sangre y formar la orina. Cada nefrona está cons­ tituida por un corpúsculo o glomérulo renal y un túbulo renal. Los corpúsculos se agrupan en la corteza renal y los túbulos en la médula renal. El corpúsculo renal o glomérulo (F) está formado por los capilares glomerulares situados en una cápsula esférica llamada cápsula de Bowman (G), que se encarga de recoger el líquido filtrado de la sangre por medio del proceso denominado filtración glomerular. El túbulo renal se encuentra a continuación de la cápsula de Bowman y está for­ mado por cuatro segmentos claramente diferenciables: El túbulo proximal (H): es un tubo sinuoso de 13 mm de longitud, que se en­ carga de reabsorber el 80% del filtrado glomerular. El asa de Henle (I): formada por una rama descendente que se ubica a conti­ nuación del túbulo proximal y que se introduce en la pirámide medular; y una rama ascendente que retorna hacia la corteza renal. Su principal función es la de formar orina concentrada cuando el organismo requiere ahorrar agua. El túbulo distal (J): es el segmento que continúa enseguida de la rama ascen­ dente del asa de Henle. En su porción inicial se conecta a las arterias aferente y eferente, y está formado por el aparato yuxtaglomerular (K) que se encarga de regular la tasa de filtración glomerular. El túbulo colector (L): es un tubo rectilíneo formado por la agrupación de los túbulos distales de varias nefronas. Los túbulos colectores, a su vez, se concen­ tran en un conducto colector papilar que drena en un cáliz menor. Estos con­ ductos recogen la orina de las nefronas y la llevan a la pelvis renal desde donde pasa a los uréteres.

A

B C D

E

H

K

F G

J I

L

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113

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Fisiología del sistema urinario

Ampliación multimedia

4.5 Casi una cuarta parte del volumen de sangre bombeada por cada latido cardíaco viaja a través de los riñones. Una vez allí, el proceso de filtración de la sangre y la formación de la orina ocurre en las siguientes etapas: filtración glomerular, reabsorción tubular y secreción tubular.

Glomérulo de Malpighi

Sangre

Filtración glomerular

Orina inicial Cápsula de Bowman

Orina final

Túbulo renal Reabsorción tubular

Secreción tubular

Líquido filtrado Agua Glucosa y vitaminas Urea y aminoácidos Iones de Cl2

Vejiga urinaria

Iones de Na1 Iones de K1 Iones de HCO32 Concentración salina

Proceso de formación de la orina.

11 4

4.5.1 Filtración glomerular Se produce por el paso de la sangre desde los capilares del glomérulo hasta la cápsula de Bowman. Durante este proceso no se filtran las células sanguíneas ni la mayoría de las proteínas del plasma. El líquido filtrado tiene una composición parecida al plasma, y contiene glucosa, aminoácidos, vitaminas, sales minerales, agua, y otros nutrientes, así como productos de desecho, principalmente urea y, en menor proporción, ácido úrico y creatinina. La cantidad filtrada en esta fase es de unos 125 mL/min. Este proceso requiere de una elevada presión sanguínea en los capilares glomerulares para que el agua y los solutos puedan pasar hacia la cápsula de Bowman. Es muy importante mantener constante el volumen de filtrado glo­ merular ya que, si fuera muy bajo, pasaría muy lentamente por los túbulos renales y haría que se reabsorbieran incluso las sustancias de desecho que deben ser elimi­ nadas. Por el contrario, si fuera muy alto pasaría a gran velocidad, lo que impediría la reabsorción de sustancias útiles al cuerpo humano. 4.5.2 Reabsorción tubular Durante esta etapa, gran parte del filtrado regresa al torrente sanguíneo. La mayor parte del líquido filtrado se reabsorbe a lo largo de los túbulos de la nefrona, pa­ sando por la red de capilares que los rodean. La reabsorción se realiza, ya sea por transporte pasivo o por transporte activo. A nivel del túbulo proximal, se reab­ sorben agua, glucosa, vitaminas, urea, aminoácidos, iones de cloro, de sodio, de potasio, de bicarbonato y de fosfato, así como las proteínas de masa molecular baja que se pudieran haber filtrado. En el asa de Henle se reabsorbe agua, en la rama descendente, y sodio y cloro, en la rama ascendente. A nivel del túbulo distal, se sigue reabsorbiendo agua y sodio. Así, a medida que el filtrado glomerular recorre los túbulos renales cerca del 9% del agua junto con otras sustancias como la glu­ cosa, los aminoácidos, las vitaminas y ciertos iones abandonan los túbulos de las nefronas e ingresan a los vasos sanguíneos denominados capilares peritubulares. Este proceso, que contribuye a la homeostasis, es posible gracias a un sistema de presiones que se da entre los túbulos renales y los capilares. La reabsorción del 99% del filtrado se da a lo largo del túbulo renal, especialmente en el segmento proxi­ mal —80%— mientras que el volumen y la composición definitiva de la orina se efectúa en el túbulo distal y colector. Si las sustancias que deben recuperarse superan la capacidad de reabsorción de los túbulos, son eliminadas por la orina. 4.5.3 Secreción tubular Este proceso consiste en el paso de sustancias desde la sangre de los capilares peri­ tubulares y de las células de los túbulos renales hasta el líquido tubular con el fin de regular la concentración de ciertas sustancias y facilitar la excreción de desechos. Las principales sustancias secretadas son iones de potasio (K1), hidrógeno (H1) y amonio (NH 14 ); creatinina; bicarbonato; y fármacos o medicamentos como la penicilina. De los tubos colectores, la orina pasa a la pelvis renal y de ahí, a través de los uréteres, a la vejiga, donde se almacena hasta unos 0,5 L.

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Componente Procesos biológicos Recurso imprimible

4.5.4 Características de la orina La orina es un líquido formado en parte por la descomposición de los aminoá­ cidos en el metabolismo. En ella se desechan urea, ácido úrico, sales minerales, entre otras sustancias, dependiendo de la dieta y del estado de salud de la persona. El agua es el medio físico por donde todos los desechos mencionados son expul­ sados de nuestro cuerpo. El organismo pierde aproximadamente entre 1,5 a 2 litros de agua diariamente en forma de orina, la cual debe ser repuesta varias veces durante el día para mantener la homeostasis. Las características físicas y químicas de la orina, normalmente son: Color: ámbar

Agua 95%

Urea 2,5%

pH: 5 a 7

Sales (cloruro de sodio, fosfatos y sulfatos) 1,2%

Ácido úrico 0,05%

Otras sustancias: creatinina, urobilina (producto del metabolismo de la bilirrubina) y urocromo.

Un contenido anormal de estas u otras sustancias en la orina puede indicar el de­ sarrollo de alguna disfunción del sistema renal u otra enfermedad como: Glucosuria: es la presencia de glucosa en niveles elevados y aparece principal­ mente en el desarrollo de la diabetes mellitus.

Actividad

Un examen de orina consiste en la evaluación física, química y microscópica de la orina. Dicho análisis consta de muchos exámenes para detectar y medir diversos compuestos que salen a través de la orina.

Hematuria: es la presencia de sangre que puede indicar el desarrollo de una infección urinaria: glomerulonefritis, que es un daño en los glomérulos o el desarrollo de cáncer en alguno de los órganos excretores. Bacteriuria: es la presencia de bacterias y puede ser un indicador de infección. Piuria: es la presencia de pus (leucocitos o glóbulos blancos muertos) en la orina. Proteinuria: es la presencia de proteínas, lo que puede ser una señal de diabetes, intoxicaciones alimentarias, infecciones, entre otras afecciones.

Proceso de micción

4.6 Cuando el filtrado glomerular es recibido por los cálices menores y mayores, pasa a la pelvis renal, para continuar su recorrido por las vías urinarias. Si se tiene en cuenta que en condiciones normales se produce entre 1 y 3 mL de orina por mi­ nuto, la vejiga almacena en promedio cada tres horas un volumen entre 200 a 500 mL, lo cual es suficiente orina para activar los centros nerviosos que desencadenan la micción. La micción hace referencia al proceso por el cual la vejiga vacía su contenido. A pesar de que la vejiga tiene paredes elásticas, llega un momento en el que la presión supera el umbral normal y activa el deseo de orinar. La presión que ejerce el líquido sobre las paredes internas de la vejiga es percibida por el esfínter vesical, ubicado en el cuello de la vejiga, y la orina sale del cuerpo por la relajación o apertura del esfínter uretral externo con ayuda de la contracción del músculo detrusor, el cual se contrae. Este proceso es controlado por el sistema nervioso autónomo y se convierte en un acto consciente a partir de los dos años de edad. Los bebés no poseen control de esfínteres y algunas personas con alteraciones en el sistema nervioso pueden sufrir de incontinencia urinaria, es decir, pierden el control de esfínteres lo que ocasiona que la orina salga de la vejiga de forma incon­ trolada. A esta disfunción se le conoce como enuresis. ©

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Osmorregulación

Enlace web

4.7 La osmorregulación es el mecanismo por el cual se controla la entrada y la salida de agua y de las sales minerales del cuerpo, mediante la ósmosis. La osmorregu­ lación depende fundamentalmente del ingreso de agua por medio de la comida y de la bebida, lo cual es regulado por la sensación de sed y la salida de agua por medio de la orina o el sudor. La osmorregulación, a nivel de la nefrona, ocurre de las siguientes formas: Túbulo proximal

La sensación de sed se desencadena por un complejo mecanismo en el que se hayan implicados los osmorreceptores. Cuando el organismo pierde agua, los osmorreceptores envían una señal al hipotálamo donde se encuentra el centro de la sed, lo que da conciencia de que se debe reponer el líquido. Cálculos renales

En el glomérulo: aumento de la velocidad de filtración, para incrementar la excreción de sales y agua, cuando hay un exceso de ellas. Glomérulo En el túbulo renal: reabsorción de sales minerales como el sodio para retener el agua y así evitar la deshidratación.

Túbulo colector

Túbulo distal

En el túbulo colector: aumento de la reabsorción del agua cuando el cuerpo está deshidratado.

Asa de Henle

Enfermedades del sistema urinario

Actividad 4.8 En condiciones normales, la cantidad y las características de la orina dependen de la cantidad de agua que se ingiere, del metabolismo, de la actividad física que se realice y de la masa corporal, entre otros factores. Sin embargo, algunas situaciones pueden desencadenar un mal funcionamiento de los órganos del sistema urinario, lo que puede derivar en serias complicaciones para la salud. Por tanto, es impor­ tante estar alerta frente a algunos síntomas como los siguientes: frecuentes deseos de orinar o urgencia por hacerlo, escasos deseos de orinar, dolor en la parte infe­ rior de la espalda, inflamación de párpados, manos o pies, orinar y quedar con la permanente sensación de que aún queda orina retenida en la vejiga, dolor o ardor al orinar, presencia de sangre o pus en la orina y color, olor o turbidez anormal.

Cálculo renal de 1 cm de espesor.

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Algunas enfermedades del sistema urinario son: El cólico nefrítico o cólico renal agudo: se produce por la acumulación de cálculos renales, que son trozos de material sólido que se forman dentro del riñón. Los cálculos pueden permanecer en el riñón o desplazarse por las vías urinarias. La afección es muy dolorosa, especialmente cuando los cálculos se sitúan en el uréter, ya que pueden llegar a obstruirlo. Las principales causas de esta enfermedad son: antecedentes familiares, obesidad, alteraciones metabólicas, ingestión de poco líquido y consumo de alimentos muy condimentados o con grandes cantidades de sal, entre otros. La cistitis: es la inflamación aguda o crónica de la pared de la vejiga o de las vías urinarias producida generalmente por bacterias gram negativas. Es más frecuente en mujeres, debido a que su uretra es de menor longitud y está más próxima al ano, lo que facilita la entrada de bacterias. Esta enfermedad produce incontinencia, pues la vejiga no es capaz de mantener la orina y la elimina continuamente.

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Componente Procesos biológicos

La nefritis: Consiste en la lesión del tejido renal. Dependiendo de la parte afec­ tada, puede ser de dos tipos: La glomerulonefritis, que es una lesión a nivel de los glomérulos. Como conse­ cuencia de esta afección se altera el proceso de filtración y se eliminan proteínas y sangre, elementos que normalmente están ausentes de la orina. La pielonefritis que es una lesión en la pelvis renal. Entre las causas de este tipo de afección se pueden citar infecciones, ingestión de sustancias tóxicas (metales como el mercurio y el arsénico, insecticidas y sobredosis de algunos medica­ mentos) o una enfermedad de tipo autoinmune. Tumores renales: son formaciones celulares encapsuladas y de consistencia dura, presentes en cualquiera de las estructuras renales. Son frecuentes principalmente en hombres mayores de 50 años. Estas formaciones reciben el nombre de adenocarcinoma o hipernefroma y su presencia puede ocasionar insuficiencia renal. La insuficiencia renal: es una grave alteración del funcionamiento renal que se caracteriza porque los riñones pierden parcial o totalmente su capacidad para filtrar la sangre. Sus causas pueden ser múltiples pero generalmente se asocian a procesos que lesionan de manera significativa los riñones. Como consecuencia de ello, se reduce la producción de orina (oliguria) y se llegan a presentar casos en los que su producción desciende por debajo de los 300 mL por día (oliguria grave) o casos extremos en los que la producción de orina puede llegar a niveles de menos de 50 mL en 24 horas (anuria). Al llegar a este punto, es necesario recurrir a un proceso de filtrado asistido de la sangre denominado diálisis. Existen dos tipos de diálisis: la hemodiálisis y la diálisis peritoneal. En la hemodiálisis, una máquina realiza la función renal. El paciente es conectado a un dispositivo al cual llega la sangre que sale de una arteria, allí pasa a través de unos tubos hasta un aparato, llamado dializador, que extrae los desechos. Una vez que la sangre está limpia, el aparato la devuelve libre de desechos a una vena, por donde ingresa de nuevo al cuerpo. Normalmente este proceso dura aproximadamente unas cuatro horas y se debe realizar unas tres veces por semana. En la diálisis peritoneal, una solución especial ingresa a través de un tubo a la cavidad peritoneal; este líquido retira las sustancias de desecho. Este procedimiento se repite varias veces durante el día. Si bien la diálisis mantiene a los pacientes en condiciones aceptables durante años, el trasplante de riñón es la mejor solución para la insuficiencia renal crónica.

Los pacientes sometidos a diálisis deben tener una dieta especial y hábitos de vida saludables, ya que este procedimiento ocasiona comezón, insomnio, depresión y otras afecciones.

Ampliación multimedia

Prevención de enfermedades

4.9 Para evitar la aparición de enfermedades en el sistema excretor es necesario mante­ ner una serie de hábitos saludables, entre los que destacan:

Actividad

Mantener la higiene. Es importante mantener una adecuada higiene de las vías urinarias, limpiándolas después de orinar con el fin de impedir que penetren microorganismos. Así mismo, se debe conservar en buen estado la piel. Por ejemplo, lavarla a diario con agua y jabón evita que se obstruyan los poros por los que sale el sudor.

Tener una alimentación adecuada. Consumir con moderación alimentos ricos en ácido úrico, como mariscos o embutidos, evita la aparición de cólicos nefríticos. Así mismo, el consumo de frutas ácidas (fresas, naranjas, limones, etc.) ayuda a acidificar la orina y crea un medio no adecuado para el desarrollo de microorganismos.

Beber agua en abundancia. Los especialistas aconsejan tomar al menos un litro y medio de agua al día. Beber agua en abundancia es una manera de facilitar el funcionamiento de los riñones ya que permite que se eliminen en la orina productos de desecho potencialmente tóxicos. Cuando la ingestión de agua es baja, una persona puede deshidratarse, lo que hace que los tejidos dejen de funcionar adecuadamente. El riñón intenta conservar agua y excreta una orina muy concentrada. ©

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10

Aspectos claves que debes saber acerca de la nutrición

A continuación, encontrarás 10 datos de interés que debes saber para poder asumir con criterio algunas decisiones frente a tu bienestar y salud.

1

Un alimento es cualquier sustancia normalmente ingerida por los seres vivos que puede tener fines nutricionales, es decir, que interviene en procesos metabólicos y en el mantenimiento de las funciones biológicas o, específicamente en los seres humanos, fines psicológicos para satisfacer y obtener sensaciones gratificantes o placenteras.

Se llama dieta a la cantidad y tipo de alimentos que ingiere una persona todos los días. Esta debe ser adecuada en relación con factores como la edad, el sexo, la actividad física y el estado de salud.

Y tú, ¿crees que tu dieta está acorde con tus requerimientos?

Y tú, ¿consideras que todos los alimentos que consumes cumplen con una función biológica?

3

2

4

Una dieta inapropiada se define cuando se consumen pocas cantidades de calorías (hipocalórica) y pocas cantidades de proteínas (hipoproteica). Y tú, ¿crees que tu dieta es apropiada o inapropiada?

Los requerimientos nutricionales (recomendaciones diarias para la dieta) para personas con un buen estado de salud establece que un adolescente promedio debe consumir una dieta que le proporcione entre 2.000 a 2.700 calorías diarias. Para llevar este plan se deben tener en cuenta las cantidades indicadas de los siguientes grupos de alimentos:

5

¿Cómo se calcula? Vegetales: 2½ tazas al día.

Una taza 5 1 taza de vegetales crudos o cocidos, o de jugo de vegetales; 2 tazas de vegetales de hojas crudas.

Frutas: 2 tazas al día.

1 taza 5 1 taza de frutas frescas o cocidas, o de jugo 100% de fruta; ½ taza de frutas secas.

Granos: 6 onzas al día.

1 onza 5 1 pan, ½ taza de arroz, cereal o fideos o 30 g de cereal listo para comer.

Lácteos: 3 tazas al día.

1 taza 5 1 vaso de leche, yogur, o leche de soya; 1,5 gramos de queso natural.

Proteínas: 5½ onzas al día.

1 onza 5 30 g de carne de res o ave magra, pescado o mariscos, 1 huevo; ½ onza de nueces o semillas; ¼ de taza.

Y tú, ¿piensas que lo que comes diariamente está dentro de estos rangos?

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La desnutrición y la malnutrición son dos caras de la misma moneda. La desnutrición hace referencia a una deficiencia en la ingesta de nutrientes y la malnutrición es una deficiencia, exceso o desbalance en la ingesta de uno o varios nutrientes que el cuerpo necesita (vitaminas, proteínas, grasas, hierro, yodo, calorías, entre otros). Y tú, ¿piensas que estás desnutrido o malnutrido?

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6

7

La desnutrición, en términos generales, se traduce en que el cuerpo no recibe los nutrientes necesarios para mantener una buena salud. La desnutrición es una enfermedad multifactorial porque sus causas tienen origen en situaciones que pueden incluir desórdenes de tipo fisiológico, psicológico o por condiciones socio-económicas y culturales. Se considera que una persona está desnutrida, así solo le haga falta un nutriente dentro de su dieta.

Y tú, ¿esperarías a manifestar algún síntoma de desnutrición para cambiar algunos de tus hábitos alimentarios?

Y tú, ¿estás seguro de que en tu dieta se encuentran todos los nutrientes que necesitas?

8

La desnutrición puede ser leve, moderada o severa. Cuando es leve puede causar algunos inconvenientes para la salud o, en algunos casos, no manifestar algún síntoma. Cuando es severa, el daño en el organismo puede ser irreparable.

9

En los niños, la desnutrición puede comenzar, incluso, en el vientre materno. Las consecuencias de la desnutrición infantil son: niños de baja estatura, pálidos, delgados, muy enfermizos y débiles. Tienen problemas de aprendizaje y desarrollo intelectual. Además, tenderán a ser obesos en la edad adulta. Según Médicos sin Fronteras; una organización médica y humanitaria internacional, cada año 3,5 a 5 millones de niños menores de cinco años mueren de desnutrición. Y tú, ¿te quejas de los alimentos que te proveen en tu casa?

La anorexia, que literalmente quiere decir “pérdida del apetito”, puede entenderse de dos formas: como un síntoma o como una enfermedad. Se considera un síntoma cuando obedece a una manifestación frente a una situación fisiológica (estados febriles, enfermedad general o digestiva) o una situación coyuntural (estados de ánimo). Se considera una enfermedad, y en este caso se denomina anorexia nerviosa, cuando obedece a un trastorno del sistema nervioso que se caracteriza por una pérdida auto inducida del apetito causada, entre otras situaciones, por una distorsión de la imagen corporal. Y tú, ¿piensas que esta enfermedad no tiene nada que ver contigo o con tus amigos?

10

La bulimia es otra disfunción de la conducta relacionada con un desorden alimentario que, al igual que la anorexia nerviosa, tiene que ver con una distorsión de la imagen corporal. Se caracteriza por adoptar conductas alimentarias poco saludables como comer en exceso durante períodos muy cortos y luego hacer ayunos prolongados. También, las personas que sufren de este desorden, por lo general, tienden a provocarse vómito después de una ingesta de comida excesiva o a utilizar laxantes o diuréticos sin prescripción médica. Otras, tienden a realizar actividad física intensa.

Y tú, ¿estarías de acuerdo con poner en riesgo tu salud por encajar dentro de los parámetros impuestos por una sociedad superficial? ©

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Competencias científicas

8 Analiza la siguiente información y, luego, rea-

INTERPRETO A F I A N Z O

liza las actividades 9 a 12.

1 Completa un cuadro como el siguiente con la información que corresponda. Función excretora

Órgano

Sustancias excretadas

Pulmones Hígado Intestino grueso

C O M P E T E N C I A S

El siguiente gráfico muestra la concentración de nicotina encontrada en la orina de fumadores pasivos, es decir, personas que no fuman pero que viven con fumadores o están en contacto con ellos. Nicotina en orina (mg/mL)

30 24

2 Analiza la información de la siguiente tabla

en donde se relaciona la cantidad de orina y de sudor producida por una persona en distintas condiciones ambientales y, con base en ella, responde las preguntas 3 a 6. Ambiente

Orina (litros)

Sudor (litros)

Día normal Día frío Día caluroso

1,5 1,9 0,4

0,5 0,3 2,1

3 ¿En qué día hay mayor producción de orina? 4 ¿En qué día hay mayor producción de sudor? 5 ¿Qué cantidad de líquido se elimina en un día normal?

6 Establece las semejanzas y las diferencias

que existen entre las glándulas apocrinas y las ecrinas y escríbelas. Semejanzas:

Diferencias:

7 Escribe cada parte indicada con el nombre correspondiente.

18 12 6 0

0-1,5

1,5-4,5

4,5-8,6

8,6-20

20-80

Horas / semana de exposición al humo

9 Identifica, entre las siguientes opciones, el

factor que origina el aumento de la concentración de nicotina en un fumador pasivo. El consumo de cigarrillos. Las horas por semana de exposición al humo. El peso de la persona. La cantidad de cigarros que fuma por semana.

10 Determina, entre las siguientes opciones,

quiénes presentan menor concentración de nicotina. Aquellos que están expuestos al humo entre 0 y 1,5 horas por semana. Aquellos que están expuestos al humo entre 4,5 horas y 8,6 horas por semana. Aquellos que están expuestos al humo entre 20 y 80 horas. Ninguno presenta nicotina en la orina.

11 Describe cómo entró al cuerpo de las perso-

nas analizadas la nicotina encontrada en su orina.

12 Explica cómo aumenta la concentración

de nicotina respecto del número de horas de exposición por semana.

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Identificar •

Indagar •

ARGUMENTO 13 Lee la siguiente información y, con base en ella, responde las preguntas 14 a 16.

Explicar •

Comunicar •

Trabajar en equipo

Desarrollo compromisos personales y sociales

PROPONGO 17 Lee la siguiente información y, con base en ella, responde las preguntas y realiza la actividad 18.

Es frecuente que los médicos soliciten un examen de orina para diagnosticar alguna enfermedad. Esto se debe a que una gran variedad de trastornos tienen repercusión sobre la calidad de la orina. Por ejemplo, si se detecta presencia de glucosa en la orina, ello puede ser un signo de que el paciente tiene diabetes. La sangre en la orina puede aparecer debido a la formación de cálculos en los riñones o a una infección, ya sea en la vejiga, en los uréteres o en la pelvis renal. Asimismo, pueden encontrarse restos de proteínas, lo que indicaría que hay una deficiente reabsorción de sustancias que puede recuperar el organismo o una deficiencia en el proceso de filtrado.

14 ¿Por qué es mejor que un médico especialista analice un examen de orina?

15 ¿Por qué es peligroso que aparezcan restos de sangre en la orina?

16 Imagina que uno de tus familiares visita a su

Donación y trasplante de órganos Un trasplante de riñón es un procedimiento quirúrgico que se lleva a cabo para remplazar un riñón que no funciona adecuadamente y por ello, ha deteriorado la calidad de vida de una persona o la pone en riesgo por la acumulación de toxinas metabólicas. El riñón puede provenir de un donante fallecido o de un donante vivo que previamente haya demostrado su compatibilidad para que el cuerpo del receptor del órgano no lo rechace. Cada año en el mundo se realizan más de 40.000 trasplantes, pero actualmente la falta de donantes hace que más de 150.000 personas en el mundo esperen para recibir un riñón. Son muchas las razones por las cuales no existen suficientes donantes, entre las cuales se pueden mencionar desconocimiento del tema, temores infundados y, en general, costumbres o ideas que rinden culto a la muerte, pero no a la vida. ¿Qué conoces acerca de la donación de órganos? ¿Algún miembro de tu familia ha donado órganos o ha manifestado la intención de hacerlo? Si es así, ¿qué lo ha motivado a hacerlo?, ¿qué opinión tienes al respecto? ¿Algún miembro de tu familia ha recibido un órgano? Si es así, ¿cómo fue su experiencia de vida frente a esta nueva situación? ¿Cuáles crees que deben ser los requisitos que debe cumplir una persona para ser un donante de órganos?

médico y este le solicita que se practique un examen de orina. Tu familiar no quiere hacerlo porque se siente bien y considera que no es necesario.

18 Reúnete, con un grupo de personas de tu

¿Por qué crees que tu familiar debería hacerse el examen? ¿Qué razones le darías para convencerlo de que siga las indicaciones del médico?

Contacten una de estas instituciones y solicítenle, a quien corresponda, una visita de uno de sus especialistas a tu colegio para aclarar dudas acerca de esta práctica.

curso, y consulten qué instituciones de la ciudad donde viven ofrecen el servicio de banco de órganos.

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SOY CIENTÍFICO NATURAL

Me aproximo al conocimiento como científico natural

Realiza la disección de un riñón de cordero Objetivos 1. Conocer la morfología externa e interna de los riñones. 2. Comprender el proceso de formación de la orina. 3. Practicar técnicas de disección. Conceptos clave Riñón, corteza renal, médula renal, pelvis renal, uréter, nefrona, glomérulo, túbulos renales. Materiales Gafas de seguridad Bata de laboratorio Guantes de látex Un riñón de cordero (verificar que las estructuras que salen de él no estén muy atrofiadas) Bandeja de disección Lupa Pipeta Agua oxigenada Pinzas Bisturí Tijeras gruesas Lanceta Metodología de trabajo En grupos

Pregunta problematizadora ¿Cómo es la estructura externa e interna de un riñón? Los riñones son los órganos de excreción típicos de los vertebrados. Su estructura es muy similar en todos ellos. La disección de un riñón de cordero nos acercará al conocimiento de la estructura y la función de los riñones humanos. Procedimiento 1. Coloquen el riñón en la bandeja de disección y eliminen la grasa que tenga alrededor. También retiren el tejido conjuntivo que suele unir los vasos que salen del riñón. 2. Observen la morfología externa. Identifiquen el uréter, que suele ser de color blanquecino, la arteria y la vena renal, que se pueden diferenciar por el grosor de sus paredes. 3. Con el bisturí, corten longitudinalmente el riñón de modo que quede dividido en dos partes simétricas. 4. Observen, con la lupa, el interior del riñón, e identifiquen cada una de sus partes. La parte central blanca es la pelvis renal, en la que se recoge la orina producida y que continúa en el uréter. Esto lo comprueban introduciendo la lanceta, con cuidado, por el extremo libre del uréter. 5. Observen la zona de la médula renal, dividida en partes casi triangulares llamadas pirámides de Malpighi. Con una pipeta, pongan unas gotas de agua oxigenada en la zona de corte y comprueben que se produce efervescencia. Pasados unos segundos, limpien la zona y aprecien los túbulos renales y los túbulos colectores. La zona más externa o corteza presenta un aspecto granular y es donde se produce la filtración. Resultados 1. Anoten los siguientes datos: dimensiones del riñón (largo, alto, ancho). 2. Dibujen el riñón sin abrir y nombren las distintas estructuras que observen. Luego, dibujen el riñón una vez abierto y nombren cada parte. Conclusiones 1. ¿Qué funciones cumplen las partes externas e internas que identificaron en el riñón de cordero? 2. ¿Cómo se llaman las estructuras que observaron en la médula renal y qué funciones cumplen?

1 22 Acción de pensamiento: formulo explicaciones posibles con base en teorías y modelos científicos, para responder preguntas.

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SOY CIENTÍFICO NATURAL

Me aproximo al conocimiento como científico natural

Analiza una muestra de orina Objetivo Determinar cuáles son las características normales de la orina. Conceptos clave Orina, composición de la orina, pH. Materiales Gafas de seguridad Bata de laboratorio Guantes de látex Tapabocas Seis tubos de ensayo Gradilla Papel de tornasol azul y rojo, o papel indicador Marcador Mechero Reactivo de Fehling A y B Ácido nítrico Glucosa Albúmina (clara de huevo diluida en agua destilada) Muestra de orina Metodología de trabajo En grupos

Pregunta problematizadora ¿Qué tipo de sustancias se pueden encontrar en la orina? Un análisis de orina es un examen que permite determinar las características físicas y químicas de este líquido para así poder apoyar un diagnóstico del estado de salud o enfermedad de una persona. Procedimiento 1. Coloquen una muestra de orina, en un tubo de ensayo, y registren por escrito su color, transparencia y olor. 2. Sumerjan una tira de papel tornasol en la orina para determinar su pH. 3. Pongan, en un tubo de ensayo, 1 mL de orina y en otro 1 mL de agua. Calienten ambos tubos hasta que se evapore el contenido. La cantidad de residuos indicará de manera aproximada la cantidad de sales. 4. Marquen dos tubos de ensayo con las letras C y D. Viertan una muestra de orina en cada uno. Luego, agreguen una pizca de glucosa en el tubo D y añadan 1 mL de Fehling A y 1 mL de Fehling B a cada tubo. Calienten los tubos y observen. Determinen la presencia o la ausencia de glucosa en las muestras. 5. Marca dos tubos de ensayo con las letras E y F. En el tubo F, agreguen 1 mL de solución de albúmina. Añadan a ambos tubos 5 gotas de ácido nítrico y observen. Determinen la presencia o la ausencia de albúmina. 6. Comparen sus resultados con los de sus compañeros de otros grupos. Análisis de resultados 1. ¿Cuál es el pH de la orina?, ¿cómo explicarían esto según los procesos que se dan en los riñones? 2. ¿La cantidad de sales fue igual en todos los tubos de ensayo de los demás grupos? 3. ¿Cuáles son los factores que pueden modificar la cantidad de sales excretadas en la orina? Conclusiones 1. ¿Creen que es normal que en la orina aparezcan glucosa y albúmina? Justifiquen su respuesta. 2. Averigüen qué significa que estas sustancias estén presentes o ausentes en la orina.

Acción de pensamiento: propongo respuestas para mis preguntas y las comparo con las teorías científicas.

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3

Locomoción El contexto

Entorno vivo

Tu plan de trabajo… Conocer el sistema locomotor, sus componentes y su función en los diversos grupos de seres vivos. Identificar los componentes del sistema locomotor humano y comprender su interacción.

La osteoporosis es una enfermedad de los huesos en la que se liberan minerales que constituyen el tejido óseo, especialmente el calcio, a un ritmo más acelerado que el de su absorción. En consecuencia, la masa ósea se disminuye propiciando la fractura de los huesos, generalmente de la cadera y de las vértebras, por lo cual esta enfermedad genera una alta tasa de mortalidad.

La situación actual Encuentra en tu Evaluaciones: 3 De desempeño

3 Prueba PISA

13 Multimedia 1 Galería

1 Audio 9 Imprimibles

11 Actividades

7 Enlaces web

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Algunos factores de riesgo de la osteoporosis son los antecedentes familiares y presentar una contextura delgada; sin embargo, la probabilidad de padecer esta enfermedad y de que se presente a temprana edad, se incrementa por algunos hábitos muy generalizados en la sociedad actual, como el sedentarismo, el tabaquismo, llevar una dieta poco o nada balanceada y además baja en calcio y vitamina D, el consumo de bebidas alcohólicas y de ciertos medicamentos.

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Galería de imágenes

Audio

Ubica en el tiempo el estudio de la locomoción Pregunta problematizadora ¿Cómo prevenir enfermedades que generan problemas en el funcionamiento del sistema locomotor? Conociendo el sistema locomotor. Para lo cual, conocerás qué es el

sistema locomotor y las diferencias entre los distintos grupos de seres vivos en cuanto a este sistema.

Desarrollando hábitos encaminados a cuidar de tu cuerpo. Por ello,

conocerás en detalle las partes y las funciones del sistema locomotor en los humanos, así como las acciones que pueden generarle riesgos.

Realizando acciones que te permitan socializar con otras personas

tus conocimientos sobre el sistema locomotor. Por lo cual, aprenderás a asumir compromisos personales y sociales encaminados a promover la salud en tu comunidad.

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Civilización griega Desarrolló los principios de la ergonomía y los aplicó en el diseño de herramientas en sus lugares de trabajo. Leonardo da Vinci Realizó numerosas ilustraciones sobre músculos, tendones y otras estructuras, haciendo disección de cadáveres de criminales. Wilhelm Röntgen Descubrió los rayos X, elemento indispensable para la toma de radiografías. Biomecánica Se caracterizaron las propiedades mecánicas de los tejidos blandos como tendones y ligamentos.

Siglo V a. C. 1316 1510 1543 1895 Década de 1950 Década de 1970 1987

Mondino de Luzzi Publicó su obra Anathomia, el primer libro que contenía descripciones sobre una disección. Andrés Vesalio Publicó su obra De la estructura del cuerpo humano, siete libros con imágenes sobre anatomía humana basadas en la observación directa y la práctica quirúrgica. Y. C. Fung Sus trabajos dieron origen a la biomecánica. Universidad de Misuri Científicos de esta universidad descubrieron el gen de la distrofina.

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Ampliación multimedia

Locomoción en los seres vivos

1. La locomoción es el movimiento que realiza un ser vivo para desplazarse o trasladar su cuerpo o una parte de él, de un lugar a otro. Este movimiento es provocado por estímulos que hacen reaccionar al organismo, bien sea para acercarse o alejarse de la fuente que produce el movimiento. Las estructuras que hacen posible el movimiento en los organismos han evolucionado a través de largos períodos de tiempo, en los que las fuertes presiones selectivas del ambiente han obligado a las especies a desarrollar adaptaciones o llegar a la extinción. Los mecanismos de locomoción son especialmente importantes para los animales, debido a la manera que tienen de alimentarse que en general, consiste en comer a otros organismos. Por eso, existen diversas estructuras para la captura y el procesamiento de los alimentos, y además, para la locomoción, incluso en los humanos, quienes poseemos sistemas locomotores como el óseo y el muscular. En conclusión, la locomoción permite que los organismos realicen diversas actividades para sobrevivir, como conseguir el alimento, alejarse de algún predador, migrar, relacionarse con otros individuos y, en general, garantizar su supervivencia.

Enlace web

Muchos seres vivos heterótrofos necesitan desplazarse para conseguir alimentos y también para no ser cazados por un predador.

Locomoción en organismos unicelulares

1.1 Existen diversas formas de locomoción en los organismos unicelulares. Generalmente, el mecanismo interno que produce los movimientos de estos organismos ocurre en los microtúbulos y los filamentos que conforman el citoesqueleto, cuya función, además de la locomoción, es proporcionar soporte a la célula, mantener su forma y generar un medio de transporte. Sobre los microtúbulos se encuentran las proteínas motoras que se mueven a través de ellos arrastrando a la célula, que para este caso es el organismo mismo, o alguna partícula sobre ella. Este mecanismo funciona dentro de estructuras especializadas como los cilios, los flagelos y los pseudópodos, que determinan distintos tipos de movimientos, entre los que se encuentran el plasmático y el vibrátil. El movimiento plasmático se realiza por medio de seudópodos que permiten estirar el citoplasma para lograr la locomoción. El movimiento vibrátil se realiza por medio de cilios o flagelos que vibran o abanican armónicamente generando el desplazamiento del organismo.

1 26 Acción de pensamiento: explico cómo están organizadas las estructuras locomotoras de los seres vivos.

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Componente Procesos biológicos 1.1.1 Estructuras locomotoras en unicelulares Para desplazarse, los organismos unicelulares utilizan seudópodos, cilios y flagelos. Cilios Los cilios son prolongaciones citoplasmáticas que cubren la superficie del cuerpo de algunas bacterias del reino Monera y de los ciliados del reino Protista. Dentro de cada cilio se encuentra un grupo de microtúbulos organizados en forma circular que los recorren por completo. Su movimiento provoca corrientes de agua que le permiten al organismo avanzar. Los protistas que poseen cilios nadan al batirlos sincrónicamente.

Flagelos Los flagelos son prolongaciones helicoidales de mayor longitud que el cuerpo del organismo que los posee. Estas estructuras se presentan en algunos protozoos y se diferencian de los cilios por su mayor longitud y menor abundancia. Los organismos flagelados pueden poseer uno o varios flagelos, que se mueven a manera de hélice, por ondulaciones o contracciones continuas. Al igual que los cilios, los flagelos contienen en su interior microtúbulos.

Microtúbulo central

Brazos

Microtúbulo externo doble

Membrana plasmática

Estructura interna de los cilios y los flagelos Tanto cilios como flagelos presentan la misma configuración interna. Cada estructura está conformada por 11 microtúbulos, dos centrales y nueve dispuestos alrededor en forma circular, unidos por una sustancia conectiva que impide que se separen. Para producir el movimiento, los microtúbulos centrales se extienden hacia el extremo de la estructura, mientras las proteínas motoras salen de los microtúbulos exteriores y adquieren energía para bajarlos, así al deslizarse unos sobre otros se genera el movimiento.

Seudópodos Los seudópodos son prolongaciones del citoplasma conocidas como “pies falsos” que se presentan en los protozoos, por ejemplo, las amebas. Los seudópodos, además de permitir la locomoción, constituyen el mecanismo para atrapar a las presas, rodeándolas hasta encerrarlas en una vesícula que fusionan posteriormente. A este proceso, se le denomina endocitosis. ©

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Recurso imprimible

Enlace web

El desplazamiento en animales

1.2 Los animales son organismos pluricelulares que, en su mayoría, han desarrollado sistemas musculares u otras estructuras especializadas que les permiten desplazarse. Estas estructuras son el resultado de un largo proceso de adaptación al ambiente en el que vive el animal y determinan su tipo de movimiento. 1.2.1 El desplazamiento en ambientes acuáticos Los organismos acuáticos utilizan diversos mecanismos para desplazarse en el agua. Estos incluyen la natación activa, la flotación pasiva y la propulsión a chorro. La natación activa es propia de organismos capaces de nadar o bucear, gracias al desarrollo de sistemas músculo-esqueléticos especializados. Los peces contraen continuamente su musculatura dispuesta en forma longitudinal, lo cual produce ondulaciones laterales del tronco. Los peces óseos tienen un saco membranoso denominado vejiga natatoria, ubicado en la cavidad intestinal, y lleno de gas que el animal recoge durante la circulación, lo que le proporciona flotabilidad. La propulsión provoca movimientos ondulatorios que se direccionan por medio de las aletas.

La flotación pasiva se genera cuando los organismos son arrastrados por las corrientes. Se presenta en animales planctónicos.

La propulsión a chorro ocurre cuando, al expulsar agua a gran velocidad, se genera un impulso que mueve al organismo. Se presenta en pulpos y calamares.

1.2.2 El desplazamiento en ambientes terrestres Los organismos terrestres utilizan diversos mecanismos para desplazarse. Estos incluyen los sistemas de palancas o extremidades, la reptación y el deslizamiento. Los sistemas de palancas o extremidades se encuentran en diversos grupos de animales: Anfibios, como sapos y ranas, han desarrollado sus patas traseras para saltar en la tierra. Algunos reptiles y muchos mamíferos caminan en cuatro patas por el suelo. Ciertos mamíferos, como los conejos y los canguros, han modificado sus extremidades para saltar. Otros tienen patas prensiles que les permiten subir a los árboles. Los animales con locomoción saltatoria saltan para desplazarse de un lugar a otro.

1 28

Los animales con locomoción fosorial cavan y, a medida que lo hacen, avanzan por las galerías que construyen. La reptación es un movimiento serpenteante realizado por contracción y relajación de los múscu­los del cuerpo. Se presenta en los reptiles. El deslizamiento es un movimiento que se realiza por retracción y extensión o arrastre sobre una superficie, o a través de movimientos peristálticos. Se presenta en las lombrices y los caracoles.

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Componente Procesos biológicos 1.2.3 Órganos

y sistemas locomotores en los animales

Los animales son organismos pluricelulares con nutrición heterótrofa. En la mayoría de ellos, el sistema locomotor es el encargado de ejecutar las respuestas motoras coordinadas por el sistema nervioso a través de estructuras altamente especializadas, lo cual les permite tener reacciones rápidas y comportamientos complejos, como el desplazamiento para ir en busca de alimentos y pareja. 1.2.3.1 Locomoción en invertebrados

Enlace web

Los animales invertebrados son aquellos que carecen de esqueleto interno, aunque muchos de ellos presentan estructuras externas como el exoesqueleto, que los protegen de otros organismos o de las condiciones climáticas. Poríferos (esponjas). Son organismos inmóviles cuyo cuerpo está totalmente perforado por poros. Su interior está formado por coanocitos, que son células flageladas, las cuales producen una corriente de agua para captar los alimentos. Los flagelos son su única parte móvil.

Ósculo

Coanocito

Los coanocitos son células que, al mover sus flagelos, hacen circular el agua en el interior de la esponja y permiten que los nutrientes circulen por filtración.

Cnidarios (hidras, corales, medusas y anémonas). Algunos cnidarios se fijan al sustrato, mientras que otros nadan libremente. Todos son carnívoros y cazan por contacto con sus tentáculos. Platelmintos (planaria, tenia, etc.). Son organismos delgados, blandos y alargados. Algunos son parásitos y se adhieren a su hospedero por medio de ventosas, mientras que los carnívoros se mueven gracias a la musculatura lisa o a los cilios que presentan en la superficie ventral. Nematodos (gusanos redondos). En estos organismos, los movimientos se generan por los músculos longitudinales que, al contraerse, producen ondulaciones serpenteantes en forma dorsoventral. Algunos organismos son capaces de reptar o de moverse por contracción y distensión del cuerpo. Anélidos (lombriz de tierra, sanguijuelas y gusanos marinos). Los anélidos poseen una cavidad dividida en segmentos denominados metámeros, que están llenos de líquido. Este líquido funciona como un esqueleto hidrostático que genera presión y permite al animal realizar movimientos peristálticos y, en consecuencia, la locomoción. La contracción de los músculos circulares alarga el cuerpo y la de los músculos longitudinales lo acortan, produciendo los movimientos de curvatura que muestran las lombrices de tierra. Moluscos (caracoles, bivalvos, etc.). El movimiento en este grupo se produce de varias formas: por medio de cilios en la superficie ventral, por propulsión a chorro, usando una estructura llamada pie, que se desliza ayudado por una mucosa que segregan las glándulas pedales, o por la combinación de los cilios y el pie. En los bivalvos, el pie sirve para excavar mediante contracciones repetidas. Artrópodos (arácnidos, insectos y crustáceos). En los artrópodos, aparecen los apéndices articulados que se insertan en el exoesqueleto por medio de los músculos estriados, lo cual les proporciona la capacidad de realizar movimientos. Los apéndices pueden presentar especializaciones, por ejemplo, los de la cabeza se encargan de la percepción sensorial, mientras que aquellos que están ubicados en el tórax sirven para trasladarse de un lugar a otro en la tierra o en el agua.

Cnidocitos Estómago

Tentáculos

Los tentáculos de los cnidarios poseen células urticantes llamadas cnidocitos que dan al tacto la sensación de estar siendo punzado por miles de agujas.

El exoesqueleto de los insectos es articulado para permitir la locomoción. Sin embargo, a medida que el organismo crece, debe renovarlo, si no será similar a tener un vestido cada vez más apretado. Al exoesqueleto desechado se le llama exuvia. ©

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Sistemas esqueléticos en vertebrados Peces Aleta dorsal

Los huesos Los huesos son estructuras duras conformadas por tejido conectivo y hacen parte de la estructura de sostén del cuerpo de los animales vertebrados, llamada endoesqueleto. Las células que conforman este tejido son las células óseas y constituyen el sistema esquelético.

Aleta caudal Columna vertebral

Aleta ventral

Debido al alto contenido de minerales, los huesos son duros y protegen los órganos del cuerpo. Además, participan en el movimiento ya que constituyen los puntos de inserción de los músculos mediante los tendones.

Anfibios Cola

Columna vertebral

Patas

1.2.3.2 Locomoción en animales vertebrados Actividad Enlace web Los animales vertebrados son aquellos que poseen un esqueleto interno que les confiere sostén y movilidad. En estos organismos, el sistema locomotor está conformado por los huesos, los ligamentos, las articulaciones, los músculos, y los tendones. Inicialmente, estas estructuras permitían a los organismos sobrevivir en ambientes acuáticos pero, posteriormente, junto con el desarrollo de otras especializaciones, algunos animales pudieron incursionar en los ambientes terrestres a los que su sistema locomotor se ha ido adaptando.

Reptiles

Los ligamentos Los ligamentos son estructuras en forma de bandas, compuestas por fibras de tejido conectivo. Su función es mantener unido un hueso con otro en las articulaciones y permitir que ambos se muevan, además de proporcionar estabilidad a la articulación. Las articulaciones Las articulaciones son los puntos de unión entre dos o más huesos. Su función es permitir el movimiento del sistema locomotor y ayudar a amortiguar las fuerzas que inciden en el cuerpo durante el movimiento. Los músculos Los músculos son un tipo de tejido cuyas células, llamadas fibras musculares, pueden contraerse y relajarse variando su longitud, lo cual produce el movimiento. Este tejido conforma el sistema muscular.

Columna vertebral

Patas

Los tendones Los tendones hacen parte de los músculos, pero no son estructuras contráctiles; están constituidos por fibras de tejido conectivo y tienen la función de insertar el músculo en el hueso y transmitir la contracción para producir el movimiento. Mamíferos

Tendón

Aves Ala

Columna vertebral

Músculo Orejas Hueso

Cuello

Columna vertebral

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Cuello

Cola

Patas

Patas

Articulación

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Componente Procesos biológicos Adaptaciones del sistema locomotor en animales vertebrados En los vertebrados, existen diversas formas de locomoción que han surgido como adaptaciones a las condiciones del ambiente al que están sometidos. Los peces La forma aerodinámica de los peces facilita la locomoción rápida. La mayoría nada mediante ondulaciones laterales de la cola y de la aleta caudal y, en ocasiones, también participan la dorsal, la anal y las pectorales. Estos movimientos son producidos por contracciones alternadas de los músculos de ambos lados. Las otras aletas sirven para mantener el equilibrio, cambiar de dirección y frenar.

Recurso imprimible Adaptaciones morfológicas para la locomoción en diversos grupos de vertebrados.

Los anfibios En este grupo de organismos se pueden observar las primeras adaptaciones para la locomoción en el medio terrestre. Presentan dos pares de extremidades dirigidas hacia los lados y divididas en segmentos: el húmero, el radio cubital, los carpos y las falanges que conforman cuatro dedos en las patas anteriores, y en las posteriores, el fémur, la tibiofíbula, el tarso y las falanges en cinco dedos. En los anfibios sin cola, como las ranas, las extremidades posteriores son más robustas para dar saltos. En las formas acuáticas existen membranas interdigitales que les facilitan nadar. Los reptiles En los reptiles aparece una gran cantidad de músculos que permiten una mayor variedad de los movimientos para desplazarse tanto en la tierra como en el agua. Se observan claramente diferenciados los músculos de la cabeza, el cuello y las extremidades. Las aves Este grupo cuenta con varias adaptaciones para el vuelo entre las que se encuentran: cuerpo aerodinámico, extremidades anteriores muy desarrolladas, pero livianas formadas por huesos huecos, presencia de plumas que producen diferencias de presión entre las caras superior e inferior, y generan un empuje ascendente que les permite volar a pesar de que el peso del animal sea mayor que el del aire; el esternón o quilla está muy desarrollado para sujetar los fuertes músculos que mueven las alas; y el metabolismo es acelerado para eliminar el exceso de peso y reducir los costos energéticos. Algunas aves no tienen capacidad de vuelo y pueden ser acuáticas con membranas entre los dedos, terrestres, caminadoras o corredoras, de tamaño grande que presentan miembros más largos y un número de dedos reducido. En este grupo aparece la locomoción bípeda. Los mamíferos Las adaptaciones para la locomoción constituyen una de las principales características de este grupo. Los mamíferos poseen cuatro extremidades, excepto los cetáceos que carecen de extremidades traseras; cada pie tiene máximo cinco dedos y está adaptado a diversos ambientes en los que debe cumplir funciones como correr, andar, trepar, excavar o volar. Los dedos tienen uñas, córneas, garras o pezuñas y, a menudo, cojinetes carnosos, lo cual facilita la incursión del animal en distintos ambientes. ©

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Competencias científicas

3 Observa la imagen. Escribe, en los recuadros,

INTERPRETO A F I A N Z O

C O M P E T E N C I A S

1 Resuelve el crucigrama con las palabras que

los nombres de cada una de las estructuras indicadas.

faltan en cada afirmación.

B

C

D E

A C O A N O C I T O S

Tendón Músculo

G F

Hueso H

I

4 Completa la tabla sobre los componentes del sistema locomotor de los vertebrados. Componente

A. Las corrientes de agua a través del cuerpo de los poríferos son causadas por células llama. das B. Los nematodos se caracterizan por tener músculos . C. Algunos platelmintos presentan en la superficie ventral. D. El cuerpo de los anélidos está dividido en seg. mentos llamados E. Los pulpos y calamares se desplazan mediante un sistema de a chorro. F. Los platelmintos parásitos se adhieren al hospedero por medio de una . G. Los artrópodos se caracterizan por presentar un armazón externo llamado . H. El exoesqueleto que un artrópodo desecha durante la muda se llama . I. El es un organelo celular alargado y móvil característico de los coanocitos de las esponjas.

Función Permiten el movimiento y amortiguan el impacto.

Huesos Cambian de forma para producir el movimiento. Tendones

5 Observa las siguientes imágenes y, con base en ellas, responde las preguntas 6 a 8.

2 Escribe afirmaciones que relacionen los siguientes pares de conceptos:

A. B. C. D. E.

132

Microtúbulos y citoesqueleto. Microtúbulos y membrana plasmática. Citoesqueleto y membrana plasmática. Cilios y flagelos. Apéndices y antenas.

6 ¿Qué semejanzas encuentras entre los cuatro esqueletos?

7 ¿Cuáles son sus principales diferencias? 8 ¿A qué crees que se deban esas diferencias? Explica tu respuesta.

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Identificar •

Indagar •

9 Explica, en tu cuaderno, la forma como se desplazan los siguientes organismos. A

B

C

D

Explicar •

Comunicar •

Trabajar en equipo

Este problema sobre el origen del vuelo de las aves se resolvió cuando, por medio de un programa de diseño de aviones, se simuló el funcionamiento del vuelo de las primeras aves. Los resultados fueron claros: las aves no podrían volar desde lo alto, ya que se estrellarían contra el suelo al lanzarse desde un acantilado, pero en cambio podrían correr muy de prisa y las plumas les ayudarían a maniobrar durante la carrera, pues se podrían apoyar en el aire. Por esto se concluyó que, sin duda, el vuelo de las aves comenzó desde el suelo, no desde las alturas.

12 ¿Cuáles pudieron ser los estímulos que provocaron la aparición del vuelo en las aves prehistóricas?

13 Según las conclusiones del estudio, ¿en qué ARGUMENTO

par de extremidades se basaba la locomoción de las primeras aves: las delanteras (alas) o en las traseras (patas)? Explica tu respuesta.

10 Explica la importancia del sistema locomotor

14 ¿Cuál ave actual tiene la misma forma de

11 Lee el siguiente texto y con base en él, res-

Desarrollo compromisos personales y sociales

para los seres vivos que poseen nutrición heterótrofa.

locomoción que las aves prehistóricas? Justifica tu respuesta.

ponde las preguntas 12 a 14.

¿Cómo surgió el vuelo de las aves?

PROPONGO 15 Lee la siguiente información. Realiza, con base en ella, las actividades 16 a 18.

Como en otros países tropicales, Colombia recibe cada año millones de aves migratorias que abandonan las zonas templadas cuando llega el invierno.

16 Responde. ¿Qué responsabilidad tenemos los colombianos con respecto al bienestar de las aves migratorias?

Además de las aves que observamos en la actualidad, existieron aves prehistóricas de las cuales conocemos algunos fósiles o restos transformados en roca. Al estudiar su mecanismo de vuelo, los científicos se preguntaron si las aves lo habían aprendido al despegar corriendo cada vez más rápido y dando saltos cada vez más largos, o lo habían aprendido al caer lanzándose en vuelo planeado desde las alturas.

17 Consulta sobre la ruta anual de una especie

migratoria y el lugar de Colombia al que llega.

18 Elabora un afiche sobre la especie que elegiste en la actividad 17. Haz énfasis en el esfuerzo que realizan los individuos de esa especie para llegar a nuestro país. ©

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Ampliación multimedia

2.

Sistema esquelético humano

El sistema esquelético está formado por el esqueleto, que es un armazón interno móvil integrado por los huesos y las estructuras complementarias que incluyen las articulaciones, los cartílagos y los ligamentos. Algunas de las funciones del sistema esquelético son: Proteger los órganos: algunos huesos se conectan entre sí para formar cavidades que alojan órganos y los protegen contra fuerzas externas. Realizar movimientos: cuando los músculos se contraen, tiran de los huesos y producen movimiento. Soportar el cuerpo: la unión de todos los huesos da forma al cuerpo y lo sostiene, ya que soporta los tejidos suaves y sirve como punto de inserción de los músculos esqueléticos. Falanges

Metacarpo Cara

Radio Cráneo

Mandíbula

Producir células sanguíneas: en ciertas partes de algunos huesos, constituidas por un tejido llamado medula ósea amarilla, se realiza el proceso denominado hematopoyesis mediante el cual se producen células sanguíneas. Almacenar triglicéridos: a medida que el individuo crece, la médula ósea roja se convierte en médula amarilla que contiene adipocitos.

Los huesos

Cúbito Húmero

Clavícula

Costillas

Esternón

Ilión Isquión Pubis

Fémur

Tibia Peroné

Carpo

Almacenar minerales: los huesos almacenan minerales como el calcio y el fósforo, lo cual les confiere resistencia. Estos minerales pueden liberarse al torrente sanguíneo para llegar a las células.

Rótula

Tarso Metatarso Falanges

Sistema esquelético humano.

Recurso

imprimible 2.1 Los huesos están formados por tejido conectivo y tienen un alto contenido mineral que separa sus células, lo que les confiere dureza, elasticidad, mecanismos de crecimiento característicos y capacidad regenerativa. Recurso

2.1.1 Formación de los huesos imprimible El proceso por el que se forman los huesos se denomina osificación y ocurre a partir de los centros de osificación, que son acumulaciones de células del mesénquima que aparecen en la edad embrionaria y se desarrollan desde el nacimiento hasta la adolescencia. Existen dos tipos de osificación: En la osificación intramembranosa, los centros de osificación transforman unas células óseas en otras; por ejemplo, osteoblastos en osteocitos, que se depositan en una matriz de colágeno sin minerales, el osteoide que se mineraliza para formar unas placas irregulares llamadas trabéculas que aumentan de tamaño a medida que se deposita nuevo tejido en su superficie. Este proceso ocurre en los huesos planos y del cráneo. En la osificación endocondral, el cartílago es remplazado por tejido óseo a partir de los centros de osificación, donde los condrocitos crecen y la matriz se calcifica por depósito de fosfato de calcio. Los condrocitos mueren y dejan en la matriz espacios por los que pasan los vasos sanguíneos y las células osteogénicas, que se diferencian en osteoblastos y forman el hueso. Ocurre en los huesos de la columna vertebral, la pelvis, las extremidades, la cara y la base del cráneo.

13 4 Acción de pensamiento: explico la anatomía del sistema óseo.

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Componente Procesos biológicos Ampliación multimedia

2.1.2 Estructura de los huesos Para estudiar los huesos es necesario conocer sus partes. Entre estas, se encuentran las siguientes:

Tejido óseo esponjoso Epífisis

La diáfisis: es el cuerpo principal del hueso. La epífisis: son los extremos de los huesos.

Tejido óseo compacto

La metáfisis: es la región donde la diáfisis y la epífisis se unen. El cartílago articular: es una capa de cartílago que recubre la epífisis, donde un hueso se articula con otro. Su función es reducir la fricción y absorber el impacto sobre las articulaciones.

Periostio Endostio Cavidad medular

Diáfisis

El periostio: es una capa de tejido conectivo que recubre la superficie del hueso que no está cubierta por el cartílago articular. La cavidad medular: es el espacio interno de la diáfisis que contiene la médula ósea.

Laminillas

El endostio: es una membrana conformada por células que recubren la cavidad medular.

Metáfisis

2.1.2.1 Células óseas Los huesos están constituidos por cuatro tipos de células: los osteoblastos, los osteocitos, los osteoclastos y las células osteógenas. Osteblastos

Osteocitos

Osteoclastos

Células osteógenas

Conducto de Havers

Su función es producir los osteocitos y sintetizar el colágeno para formar la matriz del hueso. Contiene los conductos de Havers que se forman en el tejido óseo compacto.

Son los principales componentes de los huesos. Se encargan del intercambio de nutrientes y desechos con la sangre.

Son células polinucleadas Son células madre con de gran tamaño. Su capacidad reproductiva. función es la renovación Producen los osteoblastos. ósea.

2.1.2.2 Tejidos óseos Los huesos presentan una composición química de aproximadamente 30% de agua y 70% de minerales como el carbonato de calcio y fosfato de calcio, lo cual le da la capacidad de resistir la compresión. Además, presentan un alto contenido de colágeno, una proteína que le confiere la capacidad para resistir tensión. Los huesos presentan espacios entre sus componentes sólidos que pueden ser atravesados por los vasos sanguíneos o constituir áreas para el almacenamiento de la médula ósea roja. Dependiendo del tamaño y la distribución de los espacios, los huesos pueden presentar áreas de tejido óseo compacto o esponjoso. El tejido óseo compacto es el que posee pocos espacios entre sus componentes sólidos y se ubica en la capa externa de todos los huesos y en la diáfisis. Su función es brindar protección y sostén. El tejido óseo esponjoso constituye la mayor parte del hueso, es ligero y está compuesto por trabéculas que almacenan médula ósea.

Interpreto De acuerdo con lo que has aprendido sobre el tema hasta este momento, realiza un esquema explicativo del crecimiento de los huesos. ©

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2.1.3 Clasificación de los huesos El esqueleto está formado por varias clases de huesos que se clasifican según la configuración externa o interna, la forma, la superficie o las cavidades que poseen. Criterio: configuración externa de los huesos Largos

Cortos

Constan de una diáfisis y una epífisis y poseen canal medular. Son más largos que anchos, como el fémur.

Tienen aproximadamente las mismas dimensiones, por ejemplo, el carpo.

Planos

Son huesos con predominio de la longitud y el ancho, como el temporal.

Irregulares

Son huesos de forma variable, por ejemplo, la columna vertebral.

Criterio: forma de los huesos Alargados

Arqueados

Son huesos largos sin canal medular, como la clavícula.

Son huesos que se observan curvados, como las costillas.

Con cavidades neumáticas

En estos huesos se desarrollan cavidades llenas de aire, como los huesos maxilares.

Sesamoideos

Estos huesos se desarrollan en el interior de tendones o ligamentos, como el pisiforme en la muñeca.

Criterio: superficie y cavidades de los huesos Articulares

Concavidades articulares

Extrarticulares

Concavidades no articulares

A

B

Estos huesos presentan irregularidades con formas variables, por ejemplo, la cabeza del húmero (A).

136

Apófisis pterigoides: sitios de inserción de músculos que mueven el maxilar inferior.

Son depresiones esferoidales o elipsoidales que encajan en una saliente de un hueso articular (B) como la tibia.

Son huesos irregulares destinados a las inserciones musculares. Su desarrollo varía según la potencia del músculo. Se denominan relieves o crestas.

Pueden ser de inserción, donde se fijan determinados músculos, de recepción, por donde pasan los tendones, las arterias y los nervios, o de ampliación, por donde pasan divertículos o senos que se encuentran en la cara.

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Componente Procesos biológicos

La postura corporal y el movimiento

Ampliaciones

2.2 multimedia La posición o postura corporal hace referencia a la ubicación que tiene el cuerpo con relación al medio donde se encuentra. Para describir la postura corporal existen planos y ejes. El plano es el espacio llano o liso, y el eje es una línea recta que pasa por el centro del cuerpo y alrededor del cual se supone que este gira. El cuerpo humano puede describirse según los siguientes planos:

Eje sagital

Eje vertical

Eje frontal

Plano sagital: divide al cuerpo en dos regiones, derecha e izquierda; lo atraviesa un eje transverso y sobre él, se dan los movimientos de flexión y extensión. Plano coronal: divide el cuerpo en dos regiones, anterior y posterior, lo atraviesa un eje sagital y sobre él, se dan los movimientos de abducción y aducción. Plano transverso: divide al cuerpo en dos regiones, superior e inferior, lo atraviesa un eje vertical sobre el que se dan los movimientos de rotación interna y externa.

Plano sagital (flexión/ extensión)

Plano transversal (rotación)

Plano frontal (abducción/ aducción)

Estructura del esqueleto humano

Actividad 2.3 El esqueleto humano se divide en axial y apendicular. El esqueleto axial está conformado por los huesos que se encuentran a lo largo del eje vertical o longitudinal, y el esqueleto apendicular está constituido por los huesos de las extremidades superiores e inferiores y los huesos de las cinturas que las conectan con el esqueleto axial. El esqueleto incluye en su totalidad 206 huesos.

2.3.1 El esqueleto axial El esqueleto axial cumple la función de proteger los órganos y está compuesto por los huesos del cráneo, la columna vertebral, las costillas, el esternón, los huesecillos del oído y el hueso hioides.

Flexión

Extensión Externa

2.3.1.1 El cráneo El cráneo se apoya en el extremo superior de la columna vertebral y contiene 22 huesos divididos en dos subconjuntos: 14 huesos faciales y ocho huesos craneales. Huesos faciales La forma de la cara se transforma al pasar los primeros años de vida, debido principalmente al aumento de tamaño de las estructuras que lo conforman y al surgimiento de los dientes. Los huesos faciales son: Maxilares superiores: dos huesos en los que se insertan los dientes superiores. Malares: dos huesos que conforman los pómulos y la cavidad orbicular. Nasales: dos huesos que conforman el puente de la nariz. Lacrimales o unguis: dos huesos ubicados en el lado interior de la cavidad orbicular del ojo. Vómer: hueso impar que conforma el tabique nasal que divide la cavidad en fosa nasal derecha y fosa nasal izquierda. Palatinos: dos huesos que conforman el paladar. Mandíbula: hueso impar en el que se insertan los dientes de la región inferior de la cara. Cornetes: dos huesos que conforman la cara lateral de cada fosa nasal; son de conformación esponjosa.

Interna

Rotación externa-interna

Abducción

Aducción

Aducción-Abducción ©

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Huesos craneales y faciales

Huesos craneales Los huesos craneales son planos, están tapizados por un periostio delgado y, por dentro, por la duramadre que es la membrana exterior o meninge que protege el encéfalo. Los huesos craneales son ocho:

Temporal

Frontal Parietal Esfenoides Malar

Lacrimal Nasal

Frontal: hueso impar que ocupa la parte anterior del cráneo, y que forma la frente y la parte superior de la órbita ocular.

Lámina perpendicular

Cornete medio Cornete inferior

Parietales: son dos huesos situados por detrás del frontal, encima del temporal y delante del occipital. La parte interna de este hueso posee muchas depresiones y protuberancias para alojar a los vasos sanguíneos de la duramadre.

Maxilar superior izquierdo Agujeros del mentón

Maxilar superior derecho Agujeros Vómer del mentón Mandíbula Temporal parte escamosa Esfenoides

Occipital: es un hueso único, mediano y simétrico, corresponde a la parte posterior del cráneo. Temporales: son dos huesos situados en la parte lateral media e inferior del cráneo.

Parietal Frontal

Occipital Temporal parte petrosa

Esfenoides: hueso situado como una cuña en la base del cráneo. Alberga la silla turca, que es donde se encuentra la glándula hipófisis. Se articula con todos los demás huesos craneales y los mantiene unidos.

Etmoides Unguis Nasal derecho Maxilar superior derecho

Apófisis mastoidea del temporal

Etmoides: hueso impar que se ubica por delante del esfenoides y detrás de los huesos nasales. Hace parte de las cavidades orbitarias y nasales. Ampliación

Arco (apófisis) Apófisis estiloides zigomático Dientes del temporal Agujeros del tempotal del mentón Mandíbula Columna vertebral

Actividad 2.3.1.2 La columna vertebral multimedia La columna vertebral está constituida por una serie de huesos que envuelven y protegen la médula espinal; además, es el soporte de la cabeza y sirve como punto de inserción de las costillas, la cintura pélvica y los músculos de la espalda. Su estructura es como un cilindro flexible y resistente que gira y se flexiona en sentido anterior, posterior y lateral. Está conformada por 33 vértebras divididas en cinco regiones: la región cervical o del cuello, la región torácica o dorsal, la región lumbar o de la cintura, la región sacra en la parte baja de la espalda y el cóccix en la parte final de la columna, también conocido como el “hueso de la risa”.

(C1) (C2) (C3) Vértebras (C4) cervicales (C5) (C6) (C7) (T1) (T2) (T3) (T4) (T5) (T6) Vértebras torácicas (T7) o dorsales (T8) (T9) (T10) (T11)

Generalmente, las vértebras están constituidas por el cuerpo vertebral, con una parte estrecha a cada lado, denominada pedículo y una parte más ancha llamada lámina. Del arco, sobresalen las apófisis. Vértebras A

E F

(T12)

B

(L1) (L3) (L4)

N

Vértebras lumbares B

J

H

K

I

(S1)

138

O

G M

(L5)

Coxis

H

G C

(L2)

Sacro

P

L

D

H

G

G

S

D H

A. Masa lateral B. Carilla apófisis articular superior C. Tubérculo posterior D. Apófisis espinosa E. Odontoides F. Agujeros transversos G. Lámina H. Cuerpo vertebral I. Canal vertebral J. Apófisis mamilar K. Conducto raquídeo

L. Carilla articular superior M. Carilla costal apófisis transversa N. Carilla costal inferior O. Carilla costal superior P. Canal espinal Q. Carilla apófisis articular inferior R. Apófisis transversa S. Apófisis accesoria

R Q

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Componente Procesos biológicos 2.3.1.3 Costillas Las costillas son huesos largos, arqueados y planos que se articulan, posteriormente, con la vértebra dorsal correspondiente y, anteriormente, al esternón por medio del cartílago costal. Las costillas se agrupan en 12 pares: siete llamadas costillas verdaderas que se articulan directamente al esternón, tres costillas falsas que se articulan a la costilla de encima por medio de cartílagos, y dos costillas flotantes que no se articulan al esternón ni a las otras costillas. Vértebras cervicales

Hueso extremo El hioides, al igual que los cartílagos de la laringe y la tráquea, se puede fracturar durante el estrangulamiento. Cuando se sospecha sobre la causa de muerte de una persona, se examina cuidadosamente este hueso durante la autopsia para descartar la posibilidad de muerte por ahogamiento.

Costilla I

Clavícula Manubrio

Costilla II

Omoplato

Costilla III Esternón

Costillas verdaderas

Costilla IV

Cartílago

Costilla V Costilla VI

Apófisis xifoides

Costilla VII Costilla VIII

Costillas falsas

Costilla IX Costilla X Costillas flotantes Vértebra lumbar

Costilla XI

Costilla XII Costillas flotantes

2.3.1.4 Esternón El esternón es un hueso plano y angosto. Está ubicado en la línea media del tórax, anteriormente, y protege órganos como el timo y el corazón junto con sus vasos. 2.3.1.5 Huesecillos del oído Los huesecillos del oído son los tres huesos más pequeños del cuerpo, el martillo, el yunque y el estribo. Se encuentran unidos por ligamentos y conectados entre sí mediante articulaciones sinoviales. Su función es transmitir el movimiento del tímpano al oído interno a través de una estructura llamada ventana oval.

Ubicación del hueso hioides Músculo hiogloso

Martillo

Estribo

Mandíbula Yunque

2.3.1.6 Hioides El hioides es un hueso axial que no se articula con ningún otro, sino que se encuentra suspendido de los temporales por medio de ligamentos y músculos. Su función es brindar sostén a la lengua y servir como punto de inserción para algunos de los músculos.

Constrictor medio de la faringe

Músculo milohioideo

Hueso hioides Músculo digástrico ©

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Músculo digástrico

139

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Cintura torácica y extremidades superiores Acromion

Clavícula Escápula

Apófisis coracoides

Húmero

Articulación del codo Radio Huesos del carpo

Falanges

Cúbito Articulación de la muñeca Huesos metacarpianos

Cintura pélvica y extremidades inferiores Ilion

Fosa ilíaca Hueso sacro

Cabeza del fémur Trocánter mayor Pubis

Cuello del fémur Isquion Trocánter

Fémur

Actividad

2.3.2 Esqueleto apendicular El esqueleto apendicular cumple principalmente funciones relacionadas con el movimiento. Está conformado por los huesos de las extremidades superiores e inferiores, y las cinturas que son el conjunto de huesos que unen las extremidades al esqueleto axial. 2.3.2.1 Cintura torácica La cintura torácica o escapular une los huesos de las extremidades superiores con el esqueleto axial. Está conformada por la clavícula y la escápula y se mantiene en su posición gracias a sus inserciones musculares. 2.3.2.2 Huesos de las extremidades superiores Los huesos de las extremidades superiores son 60: el húmero, el cúbito, el radio, los huesos del carpo, los metacarpianos y las falanges. Húmero: hueso largo y voluminoso que conforma el brazo. Cúbito: hueso del antebrazo. Radio: hueso lateral del antebrazo ubicado hacia el lado del pulgar. Carpos: están dispuestos en dos hileras de cuatro huesos cada una. En la primera, están el trapecio, el trapezoide, el hueso grande y el hueso ganchoso. En la segunda, el escafoides, el semilunar, el piramidal y el pisiforme. Metacarpianos: son cinco huesos pequeños ubicados en las manos. Falanges: existen 14 falanges en cada mano y tres en cada dedo, la falange proximal, la media y la distal, excepto en el pulgar donde solo existen dos. 2.3.2.3 Cintura pélvica La cintura pélvica está conformada por dos huesos coxales, que son el resultado de la fusión de tres huesos, el ilion, el pubis y el isquion, presentes en los recién nacidos. Anteriormente, están unidos por la articulación sínfisis del pubis y, posteriormente, se unen al sacro para formar las articulaciones sacroilíacas. A este conjunto de estructuras se les denomina pelvis ósea y su función es proporcionar sostén, resistencia y estabilidad a la columna vertebral y a las vísceras pélvicas, además de conectar a los huesos de las extremidades inferiores con el esqueleto axial. Actividad 2.3.2.4 Huesos de las extremidades inferiores Los huesos de las extremidades inferiores son 30: el fémur, la rótula, la tibia, el peroné, los huesos del tarso, los metatarsianos y las falanges.

Rótula

Fémur: hueso más largo y robusto del cuerpo. Rótula: hueso de tipo sesamoideo localizado en la parte anterior de la pierna.

Peroné Tibia

Tibia: hueso largo y robusto que se articula con el fémur. Peroné: hueso lateral de la pierna, más débil que la tibia. Huesos del tarso: son siete huesos que constituyen la mitad posterior del pie.

Tarso Metatarso

14 0

Falanges

Huesos metatarsianos: son cinco huesos cortos que poseen cabeza y cuerpo. Falanges: tienen la misma disposición que en la mano: tres divisiones en todos los dedos, excepto el dedo pulgar donde solo existen dos divisiones.

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SOY CIENTÍFICO NATURAL

Me aproximo al conocimiento como científico natural

Observa la estructura de los huesos Objetivos 1. Observar la estructura de algunos de los diferentes tipos de huesos del esqueleto de los vertebrados. 2. Identificar diversos componentes de los huesos. 3. Desarrollar habilidades para realizar observaciones. Conceptos clave Tejido óseo, diáfisis, epífisis, periostio, médula. Materiales Un fémur de pollo completamente limpio Una vértebra de pollo Las costillas o el cráneo de un pollo Una bandeja pequeña de icopor Bisturí Lupa Metodología En grupo

Pregunta problematizadora ¿Existen diferencias internas entre los diversos tipos de huesos? En este laboratorio, realizarás cortes de diferentes tipos de huesos para comparar e identificar su forma y composición. Ten presente que debes realizar observaciones de todos los huesos solicitados. Reúnete, con otro compañero, para desarrollar este laboratorio. Procedimiento 1. Coloquen el fémur de pollo sobre la bandeja. Hagan un dibujo detallado de lo que observan y localicen sus diferentes partes. 2. Realicen un corte longitudinal de este hueso, de tal manera que quede dividido en dos mitades. Observen el interior del hueso con una lupa. 3. Ubiquen el periostio, el tejido óseo compacto y el tejido óseo esponjoso y descríbanlas. Dibujen sus observaciones detalladamente. 4. Realicen un corte longitudinal de una de las mitades del hueso, tan delgado como les sea posible. Obsérvenlo al microscopio e identifiquen en él, la médula ósea roja y la amarilla. 5. Repitan el mismo procedimiento con los otros dos huesos del pollo. Resultados 6. Con base en las observaciones realizadas y lo estudiado en la unidad, completen una tabla como la siguiente. Hueso

Tipo de hueso

Ubicación en el esqueleto

Partes observadas

Descripción

Función

Análisis de resultados 1. ¿Qué variaciones importantes se presentan entre los huesos? 2. ¿Las diferencias que observaron en los componentes están relacionadas con la forma del hueso? Justifiquen su respuesta. Conclusiones 1. ¿Todos los huesos están formados por los mismos tipos de tejidos óseos? 2. ¿Estos tejidos aparecen en igual proporción en los tres huesos? 3. ¿Cómo se relaciona la estructura de los diferentes huesos que observaron con la función que realizan?

Acción de pensamiento: observo fenómenos específicos.

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Articulaciones sinoviales

Plana: superficies articulares rectas. Por ejemplo, las articulaciones intercarpianas.

En bisagra: superficie cóncava que encaja en superficie convexa. Por ejemplo, la rodilla y el codo.

En pivote: superficie redondeada que articula sobre un anillo formado por hueso y ligamento. Por ejemplo, la articulación radiocubital.

Condilea: superficie oval que encaja en una depresión oval. Por ejemplo, la articulación de muñeca y las metacarpofalángicas.

En silla de montar: superficie en forma de silla. Por ejemplo, la articulación trapeciometacarpiana.

Las articulaciones

Ampliación multimedia

2.4 Las articulaciones son los puntos de unión entre los huesos, entre estos y el cartílago, o entre el tejido óseo y los dientes. Están formadas por tejidos flexibles que permiten el movimiento y ayudan a amortiguar las fuerzas que inciden en el cuerpo al movernos. 2.4.1 Clasificación de las articulaciones Ampliación Actividad multimedia Para facilitar su estudio, las articulaciones se clasifican con base en su forma y función. Según su forma o morfología las articulaciones pueden ser: Articulaciones fibrosas: son aquellas que están unidas por tejido conectivo fibroso o ligamentos, y que no contienen cavidad sinovial como: las suturas que están formadas por una capa delgada de tejido conectivo fibroso denso que mantiene unidos los huesos del cráneo. Las sindesmosis, en las cuales la distancia entre los huesos que unen es mayor y, en consecuencia, tienen mayor cantidad de tejido conectivo, y las gonfosis que se caracterizan por la forma como se unen los huesos, y se encuentra únicamente entre los huesos maxilares, la mandíbula y los dientes. Articulaciones cartilaginosas: son aquellas que se unen por medio de cartílagos y poseen cavidad sinovial. Pueden ser de dos tipos: las sincondrosis, que son articulaciones unidas por cartílago hialino, como las placas intervertebrales, y las sínfisis que tienen los extremos óseos recubiertos por cartílago hialino y un disco de fibrocartílago, como en la sínfisis púbica. Articulaciones sinoviales: son aquellas que tienen cavidad sinovial y están recubiertas con cartílago hialino. Por ejemplo: la articulación de la rodilla, el codo y la cadera. Estas articulaciones ofrecen gran versatilidad en sus movimientos y gracias a su diversidad de formas, se clasifican en: plana, bisagra, pivote, condilea, en silla de montar y esférica. Según su función en relación con la capacidad de movimientos, las articulaciones pueden ser: Articulaciones inmóviles o sinartrosis: los huesos se encajan íntimamente y se mantienen unidos por un tejido fibroso; son fijas, por ejemplo las articulaciones del cráneo. Semimóviles o anfiartrosis: cuando los huesos se mantienen unidos por un cartílago hialino, lo cual les proporciona movimientos leves. Por ejemplo, la primera costilla y el esternón. Móviles o diartrosis: son capaces de desempeñar diversas funciones mecánicas, como transmitir las cargas de un hueso a otro, asegurar la estabilidad dependiendo de las características del movimiento y lubricar las superficies articulares, como las de la cadera y el hombro. Diartrosis

Gonfosis

Sínfisis

Esferoidea o enartrosis: superficie esférica que encaja en una depresión en forma de copa. Por ejemplo, la cadera y el hombro.

14 2

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Componente Procesos biológicos

2.5

Enfermedades del sistema esquelético humano Osteoporosis

Definición: pérdida de la masa ósea ocasionada por una disminución de la densidad de los huesos con predisposición a sufrir fracturas. Es la principal causa de fracturas en ancianos y mujeres posmenopáusicas. Causas: pérdida de calcio, disminución de estrógenos, y deficiencia de vitamina D. Tratamiento: incremento del consumo de calcio.

Definición: proceso en el que se inflaman las articulaciones ocasionando dolor y calor, lo que conduce a la limitación de la articulación en sus funciones y su probable deformación. Causas: Acumulación de ácido úrico que ocasiona artritis gotosa. Destrucción articular y deformidad que causa la artritis reumática. Agentes principalmente de tipo bacteriano, que invaden las articulaciones y producen artritis séptica. Tratamiento: medicamentos antiinflamatorios, reposo, tratamiento rehabilitador integral. Escoliosis

Recursos Ampliación Actividades imprimibles multimedia

Artritis

Definición: es una enfermedad progresiva que se produce por una desviación de la columna vertebral en sentido lateral. Ocasiona dolor y falta de balance muscular. Causas: Alteraciones congénitas. Posturas viciosas o mantenidas. Diferencias en la longitud de las piernas. Parálisis cerebral. Alteraciones de la columna vertebral como la espina bífida. Espasmo muscular como el que aparece en hernias de disco o tumores. Tratamiento: depende de los grados de la curvatura de la columna, la edad del paciente y el grado de maduración ósea. Puede ser por medio de programas de ejercicios, modificaciones de posturas, uso de corsés o cirugía para casos severos. Si la escoliosis se debe a otras enfermedades, es necesario recibir el tratamiento oportuno para dicha enfermedad.

Definición: este tipo de cáncer se origina directamente en los huesos. Sus síntomas incluyen dolor, inflamación y fracturas. Causas: se presenta con cierta frecuencia en personas que han recibido radioterapia o quimioterapia o por herencia. Es frecuente en personas de corta edad. Tratamiento: se puede tratar por medio de una intervención quirúrgica en la que se extirpa el tumor, o con quimioterapia que es el uso de fármacos anticancerosos para eliminar las células enfermas, o con criocirugía, que es el uso de nitrógeno líquido para congelar y destruir las células enfermas.

Cáncer óseo primario

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Competencias científicas

6 Explica cómo cambiarían estos porcentajes

INTERPRETO A F I A N Z O

1 Completa la siguiente tabla escribiendo un

ejemplo de cada tipo de hueso, según la región del cuerpo que se indica. Ten en cuenta que algunas celdas pueden quedar vacías. Cabeza

Tronco

Extremidades inferiores

Extremidades superiores

Hueso largo

C O M P E T E N C I A S

Hueso corto

en cada uno de los siguientes casos y justifica tu respuesta. Una persona anoréxica. Una persona obesa.

7 Lee la siguiente información. Con base en ella, realiza las actividades 8 a 10.

El cuerpo de un humano adulto posee 206 huesos que se encuentran distribuidos como lo indica la siguiente tabla: Región del cuerpo

Número de huesos

Hueso plano

Cabeza

28

Hueso irregular

Tronco

52

Extremidades superiores

64

Extremidades inferiores

62

2 Lee y analiza el siguiente gráfico. Con base en

él, responde las preguntas 3 a 5 y resuelve la actividad 6. El siguiente gráfico muestra el porcentaje de masa corporal de distintos tejidos del cuerpo en un deportista. Masa ósea 13%

Masa epitelial

8 Construye en el siguiente recuadro, una grá-

fica de barras con base en la anterior información. Asegúrate de rotular correctamente los ejes.

6%

Masa residual 13%

Masa adiposa 17%

Masa muscular 51%

3 ¿Qué tejido constituye el mayor porcentaje del cuerpo?

4 ¿Qué tejido se encuentra en menor porcentaje en el cuerpo?

5 Si un deportista tiene una masa de 70 kilogramos, ¿cuál es su masa ósea?

144

9 Responde. ¿Qué incidencia tiene el hecho de que el número de huesos en las extremidades sea mayor que el de las demás partes del cuerpo señaladas? Justifica tu respuesta con dos razones.

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Identificar •

Indagar •

10 Identifica la región del cuerpo a la cual co-

rresponde el hueso indicado. Escribe la letra respectiva. E

G

Explicar •

Comunicar •

Trabajar en equipo

razón, es muy importante que las mujeres embarazadas se aseguren de obtener suficiente calcio, ya sea consumiendo productos lácteos, como el queso, el yogur y la leche, o mediante suplementos.

12 Analiza el siguiente gráfico. Luego, res-

A

ponde las preguntas 13 a 17.

La siguiente gráfica muestra el resultado de una investigación aplicada a 200 mujeres con osteoporosis.

B

23%

D

C

77%

F

Desarrollo compromisos personales y sociales

ARGUMENTO 11 Lee el siguiente texto.

Pacientes Pacientes posmenopáusicas premenopáusicas

13 ¿Cuántas mujeres posmenopáusicas presentaron osteoporosis?

14 ¿Qué relación estableces entre la posmenopausia y la osteoporosis?

15 La información presentada en el gráfico, ¿apoya o contradice la información del texto? Justifica tu respuesta.

16 ¿Cuál era el objetivo de la investigación? 17 Con base en los resultados obtenidos du-

rante la investigación sobre osteoporosis, plantea una hipótesis que explique la relación entre esta enfermedad y la etapa de posmenopausia en las mujeres.

PROPONGO La osteoporosis es una enfermedad que ocurre con mayor frecuencia en las mujeres, especialmente después de la menopausia. Esto se debe a distintos factores, pero principalmente a los cambios hormonales que ocurren en ellas al terminar su período fértil y a los embarazos. Durante el embarazo, el cuerpo da prioridad a las necesidades del bebé, por lo que la mujer puede sufrir deficiencias de calcio. Por esta

18 Las mujeres pueden ignorar información

sobre sus necesidades nutricionales durante el embarazo o carecer de los recursos para conseguir el alimento apropiado. Consulta cuáles son las necesidades nutricionales de las mujeres embarazadas. Prepara, con tus compañeros, una charla al respecto y compártela con mujeres de tu comunidad.

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Músculos craneales

Músculos faciales Esternocleidomastoideo

Pectoral mayor

Deltoides

Bíceps

Recto abdominal Aductor

Oblicuo externo

Recto femoral Vasto interno

3. El sistema muscular humano está formado por más de 600 músculos que actúan bajo la coordinación del sistema nervioso y nos permiten efectuar diversos tipos de movimientos. Los músculos, junto con los huesos y las articulaciones, son los responsables de la locomoción; también son los encargados de realizar los movimientos peristálticos de las vísceras, movilizando los nutrientes a las diferentes partes del cuerpo; contribuyen con el transporte sanguíneo por medio de la contracción de los músculos esqueléticos y facilitan la evacuación de los desechos gracias a la acción de los músculos de los esfínteres anal y vesical.

Los músculos

Actividades 3.1 Los músculos son tejidos que tienen la propiedad de contraerse, es decir, de disminuir su longitud bajo el influjo de la excitación, y de relajarse o volver a su forma inicial.

3.1.1 Propiedades de los músculos Para cumplir sus funciones, el sistema muscular tiene las siguientes propiedades:

Tibial anterior

Trapecio

Contractibilidad: capacidad del tejido muscular de contraerse enérgicamente tras ser estimulado. El músculo tira de los puntos de inserción, lo cual genera tensión.

Tríceps

Excitabilidad: capacidad del músculo de responder a diferentes tipos de estímulos.

Deltoides

Extensores de la mano

Ampliaciones multimedia

Sistema muscular humano

Sistema muscular humano

Elasticidad: capacidad del músculo para volver a su longitud y forma originales, después de contraerse o estirarse. Glúteo

Bíceps femoral

Flexores de la mano

Gemelos Talón de Aquiles

Tonicidad: estado de contracción permanente que permite al músculo responder de manera automática ante un estímulo para mantener una posición o producir un movimiento. Extensibilidad: capacidad del músculo para modificar su longitud, sin sufrir daño. Ampliación

Actividad multimedia 3.2 Clasificación de los músculos De acuerdo con su localización y función, los músculos se clasifican en estriados, cardíacos y lisos.

Músculo estriado o esquelético

Músculo cardíaco

Músculo liso

Son los encargados de mover los huesos. Poseen bandas oscuras y claras alternadas llamadas estrías. Muchos de estos músculos generan movimientos voluntarios, es decir, es posible moverlos de manera consciente.

Se encuentra en el corazón. Tiene estrías y realiza movimiento involuntario, es decir, no se genera de manera consciente. El corazón late gracias a la existencia del nódulo sinoauricular o marcapasos que inicia su contracción.

Se encuentran recubriendo las paredes internas de los órganos huecos, por ejemplo, los vasos sanguíneos y el tubo digestivo. Al observarlos al microscopio, su superficie es totalmente lisa. Su movimiento es involuntario.

14 6 Acción de pensamiento: conozco la función del sistema muscular humano y su interacción con otros sistemas para posibilitar el movimiento.

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Componente Procesos biológicos

Organización muscular

3.3 Los músculos están constituidos por muchas células alargadas, denominadas fibras musculares (ver A en la imagen). Cada fibra muscular está inervada por nervios, y rodeada por vasos sanguíneos y tejido conectivo. 3.3.1 El tejido conectivo del músculo El tejido conectivo rodea cada fibra muscular y al músculo completo, se encuentra debajo de la piel y consta de láminas de tejido conectivo fibroso llamadas aponeurosis o fascias. Estas son:

H

B

D

Aponeurosis superficial (B): separa los músculos de la piel. Aponeurosis profunda (C): recubre las extremidades y reúne músculos con funciones similares.

E

A partir de la aponeurosis, se prolongan tres capas de tejido conectivo que le proporcionan al músculo protección y fuerza. Estas capas son:

A

El epimisio (D): es la más externa y envuelve músculos completos.

F

El perimisio (E): rodea grupos de fibras musculares, separándolas en haces llamados fascículos (F), que dan la impresión de estrías.

C

El endomisio (G): es la capa que se introduce en los fascículos y separa las fibras musculares. E

Estas tres capas se extienden más allá del músculo alcanzando estructuras como los huesos y formando el tendón (H), que es la estructura que sirve de inserción.

G

Enlace web

3.3.2 Fibras musculares Las fibras musculares son el resultado de la fusión de células llamadas mioblastos, que ocurre durante la etapa embrionaria, por lo que el resultado es una fibra con múltiples núcleos. El número de fibras es estable durante toda la vida y el aumento muscular se debe al crecimiento de estas fibras. Los núcleos de la fibra muscular se encuentran bajo el sarcolema (I), que es la membrana plasmática de la fibra. Dentro del sarcolema, está el sarcoplasma (J) que constituye el citoplasma de las fibras y contiene altas cantidades de glucógeno y mioglobina, una proteína fijadora de oxígeno; estos dos componentes son útiles para la obtención de energía. En el sarcoplasma, se encuentran pequeños filamentos llamados miofibrillas (K) que se extienden a lo largo de la fibra muscular. Las miofibrillas a su vez, están compuestas por filamentos delgados y filamentos gruesos, dispuestos en compartimentos llamados sarcómeros (L), que constituyen las unidades funcionales de las miofibrillas y se encuentran separadas por los discos Z (M). La porción intermedia más oscura del sarcómero es la banda A (N), que se extiende a lo largo de los filamentos gruesos, y la banda I (O) constituye un área menos densa y, en consecuencia, más clara que contiene la mayoría de filamentos delgados.

I

A J

O N

L

M

K

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1 47

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Contracción muscular

Ampliación

multimedia 3.4 La contracción muscular es el acortamiento o la tensión de un músculo, seguido de una serie de reacciones químicas donde se absorben ciertos elementos necesarios y se eliminan los productos de desecho. Este fenómeno se debe a que las fibras musculares son excitables y reciben mensajes a través de fibras nerviosas que se traducen en una respuesta motora.

El proceso de contracción muscular ocurre así: El retículo sarcoplásmico (ver A en las imágenes) libera iones de calcio hacia las miofibrillas (B) y los iones se unen a la troponina (C). B

Contracción

A

G

Como resultado, la troponina y la tropomiosina (D) se alejan de los sitios donde la actina se une a la miosina. Una vez libres estos sitios, se produce la contracción; es decir, los filamentos delgados de actina (E) se deslizan sobre los de miosina (F). Las cabezas de la miosina se unen a los filamentos delgados de actina y se desplazan a lo largo de ellos, por esta razón, los discos Z (G) se acortan.

F

El proceso de contracción ocurre mientras existen iones de calcio, ya que en ausencia de ellos dejan de interactuar las miofibrillas y cesa la contracción. Este proceso requiere energía proveniente de la degradación de ATP que produce el encorvamiento de la miosina.

D C

E

La contracción del músculo implica tres variables: la fuerza, el tiempo y la longitud; y origina dos tipos de contracción: isométrica e isotónica: La contracción isométrica ocurre cuando la longitud permanece constante, no se produce acortamiento, pero sí se incrementa la tensión o fuerza. G

La contracción isotónica ocurre cuando la tensión permanece constante, pero existe una modificación en la longitud del músculo. Esta a su vez, puede ser de tipo concéntrico, cuando los extremos del músculo se acercan, o excéntrica, cuando los extremos se separan.

G

F

E

E

F

C

D

D C

Los músculos también se clasifican por su aspecto externo en: músculos rojos y blancos. Los músculos rojos son de contracción lenta debido a su alto contenido de mioglobina, que suministra alta concentración de oxígeno para realizar esfuerzos mantenidos. Tienen metabolismo aeróbico, es decir, el que ocurre en presencia de oxígeno. Los músculos blancos son de contracción rápida, utilizan energía del metabolismo anaeróbico, es decir, el que ocurre en ausencia de oxígeno. Las fibras musculares acorde con la forma de contracción se dividen en fibras musculares tónicas, cuyo impulso se propaga lentamente, y fibras musculares fásicas, cuyo impulso se propaga rápidamente. B

G

14 8

©

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A

G

G

Relajación

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Componente Procesos biológicos

Tensión activa y pasiva

Enlace web

3.5 La fuerza que ejercen las fibras musculares cuando se produce la contracción muscular genera tensión que puede ser activa o pasiva. La tensión activa es la que generan los elementos que son contráctiles, es decir, los filamentos de actina y miosina. La tensión pasiva es la producida por aquellos elementos estructurales de los músculos que son elásticos y, por tanto, se estiran levemente. Por ejemplo, los tendones. Generalmente, la contracción que realiza una fibra muscular es mucho menor a su capacidad total. La tensión total que puede generarse en una sola fibra depende principalmente de la velocidad con la que lleguen los impulsos nerviosos a la unión con el músculo. A la frecuencia de llegada de estos impulsos, se le denomina frecuencia de estimulación. También influye la medida de estiramiento antes de la contracción y la disponibilidad de oxígeno y nutrientes. Cuando se considera la contracción de un músculo completo, la tensión total que puede producir depende del número de fibras que se contraen al mismo tiempo. 3.5.1 Disponibilidad de oxígeno Durante períodos largos de contracción muscular, como durante el ejercicio, el cuerpo activa sus mecanismos para aumentar la disponibilidad de oxígeno, como el aumento de la frecuencia respiratoria y el flujo sanguíneo. Sin embargo, aun después de finalizada la actividad física y, en consecuencia, la contracción muscular, estos mecanismos no recuperan de inmediato su ritmo normal por lo que el consumo de oxígeno sigue siendo mucho mayor.

Al practicar una actividad física, el esfuerzo respiratorio es mayor y aumenta el flujo sanguíneo para aportar mayor cantidad de oxígeno al tejido muscular.

Dependiendo de la intensidad de la actividad física, el período de recuperación puede variar desde algunos minutos hasta horas. Este oxígeno adicional es utilizado para: Recuperar parte del nivel de glucógeno que proporciona la glucosa necesaria para obtener energía. Reponer moléculas de ATP que se han gastado durante la actividad física, lo cual incrementa la temperatura corporal, acelera las reacciones metabólicas y el funcionamiento de algunas estructuras como el corazón y los músculos. Reponer el oxígeno extraído de la mioglobina en la sangre. 3.5.2 Fatiga muscular La fatiga muscular es la incapacidad de los músculos para contraerse con fuerza después de una actividad física prolongada, como resultado de cambios que se generan en las fibras musculares. Este fenómeno es provocado por la liberación excesiva de iones de calcio del sarcoplasma, la falta de oxígeno, glucógeno u otros nutrientes, la acumulación de ácido láctico y ADP, y la baja liberación de una sustancia química liberada por las células nerviosas llamada acetilcolina. Los síntomas relacionados con fatiga muscular incluyen la sensación de cansancio y el deseo de interrumpir la actividad física y constituye un mecanismo para proteger al músculo de un daño grave.

Mis compromisos personales y sociales El problema: algunos deportistas inyectan en su cuerpo sustancias llamadas esteroides anabólicos para lograr un rápido aumento de la masa muscular. La solución: consulta cuáles son las consecuencias físicas y psicológicas que se pueden derivar del uso de estas sustancias. Luego, reúnete con un grupo de personas de tu curso y planeen una campaña preventiva y aplíquenla en su comunidad escolar. ©

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Músculos en acción Para hablar, caminar, practicar algún deporte, digerir alimentos y hasta respirar es necesario contar con nuestro sistema muscular. Más de 600 músculos con diversas formas y tamaños nos permiten ejecutar todas las tareas que realizamos a diario. La miología es la rama de la anatomía que estudia su forma y función. Esta ciencia utiliza diversos criterios para estudiar los músculos: la acción que cumplen, su función, su forma y la orientación de sus fibras son algunos de ellos.

Músculo lliopsoas Músculo sartorio

Músculo abductor largo Músculo glácil Trapecio

Deltoides

Músculo cuadríceps Infraespinoso

Redondo mayor Redondo menor

Rótula Tendón rotuliano Músculo tibial anterior Músculos extensores de los dedos

Dorsal ancho

Músculo gastrocnemio Músculo sóleo

Oblicuo externo

Tendones de los músculos

Según la acción que cumplen, pueden ser: Flexores, los que recogen el músculo. Extensores, los que extienden el músculo. Abductores, los que realizan la abducción o separación del plano de referencia. Aductores, los que realizan el acercamiento al plano de referencia. Rotadores, los que hacen la rotación. Fijadores o estabilizadores, los que mantienen un segmento en una posición.

150

Serrato

Glúteo

Según su función, pueden ser: Agonistas, cuando cumplen la acción principal. Antagonistas, cuando cumplen la acción contraria a los agonistas. Sinergistas, cuando ayudan con la función de los agonistas. Estabilizadores, cuando fijan la articulación para que los agonistas puedan realizar la acción.

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Dorsal ancho

Serrato menor Pectoral mayor Deltoides

Dorsal ancho Bíceps braquial Coraco-braquial

Tríceps

Oblicuo mayor

Recto mayor del abdomen

Oblicuo menor Aponeurosis

Transverso del abdomen

Supinador largo Palmar menor Palmar mayor

Músculo frontal Frontal

Cubital anterior

Temporal Superciliar Piramidal de la nariz

Orbicular de los párpados Transverso de la nariz Pterigoideo externo Masetero

Canino

Cigomático menor Cigomático mayor Risorio

Cuadrado del mentón

Bucinador

Orbicular de los labios Burla de la barba

Según su forma, pueden ser: Largos, cuando predomina la longitud sobre el ancho y el espesor. Anchos, cuando predomina el largo y el ancho sobre el espesor. Cortos, de dimensiones aproximadamente iguales. Anulares, si tienen forma de anillo.

Platisma

Flexor corto del pulgar

Ligamento anular anterior del carpo Pisiforme

Porción central de aponeurosis palmar

Abductor corto del pulgar Fascículo oblicuo del aductor del pulgar

Ligamentos transversos profundos del metacarpo

Según la orientación de las fibras, pueden ser: Longitudinales o fusiformes, cuando están formados por fibras que se organizan en forma paralela a lo largo del músculo y su acción es rápida. Peniformes, cuando tienen forma de empeine con fibras oblicuas y superficiales, su acción permite generar fuerza. A su vez, los músculos peniformes pueden ser: Unipenados, cuando las fibras musculares se encuentran organizadas en medio de dos tendones. Multipenados, cuando las fibras musculares convergen en varios tendones. ©

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Competencias científicas

INTERPRETO A F I A N Z O

1 Lee y analiza las siguientes tablas que presentan los valores de la frecuencia cardíaca de hombres y mujeres en reposo. Úsalas para resolver las actividades 2 a 4.

Valores de frecuencia cardíaca en reposo para hombres (latidos por minuto)

C O M P E T E N C I A S

Edad

Mala

Normal

Buena

Muy buena

20-29

86 o más

70-84

62-68

60 o menos

30-39

86 o más

72-84

64-70

62 o menos

40-49

90 o más

74-88

66-72

64 o menos

50-59

90 o más

74-88

68-74

66 o menos

60 o más

94 o más

76-90

70-76

68 o menos

Valores de frecuencia cardíaca en reposo para mujeres (latidos por minuto) Edad

Mala

Normal

Buena

Muy buena

20-29

96 o más

78-94

72-76

70 o menos

30-39

98 o más

80-96

72-78

70 o menos

40-49

100 o más

80-98

74-78

72 o menos

50-59

104 o más

84-102

76-82

74 o menos

60 o más

108 o más

88-106

78-88

78 o menos

2 Construye un diagrama de barras con los valores mínimos de frecuencia cardíaca de hombres. Recuerda marcar los ejes y escribir las unidades de medida.

5 Lee la siguiente información. Luego, responde las preguntas 6 a 8.

Hay tres tipos de fibras musculares: fibras de contracción muscular lenta, contracción muscular rápida y contracción muscular muy rápida. La composición particular en porcentaje varía entre las personas, de acuerdo con el tipo de actividad física que realicen. Los siguientes gráficos de torta muestran la composición porcentual de cada tipo de fibra para personas que no realizan algún deporte, las que lo realizan a nivel recreativo y a aquellas que lo realizan a nivel competitivo o de alto rendimiento. Sin entrenamiento

3 En general, ¿quiénes tienen frecuencias car-

Recreativo

10 20

70

20 30

50

díacas más altas, los hombres o las mujeres?

4 Calcula la diferencia en las frecuencias car-

díacas muy buenas entre hombres y mujeres, para cada rango de edades.

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Alto rendimiento

50

20 30

Fibras de contracción lenta Fibras de contracción muy rápida Fibras de contracción rápida Fibras de contracción lenta Fibras de contracción muy rápida Fibras de contracción rápida Fibras de contracción lenta Fibras de contracción muy rápida Fibras de contracción rápida

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Identificar •

Indagar •

Explicar •

Comunicar •

Trabajar en equipo

6 ¿Cuál es el porcentaje total de fibras rápidas o

13 ¿Qué ventajas ofrece a los maratonistas y los

7 ¿Cuál es el rango de porcentaje de fibras de

14 Diseña y escribe un procedimiento que per-

muy rápidas para las personas con alto rendimiento? tipo muy rápido para las personas sin entrenamiento?

8 ¿Cuál tipo de fibra presenta una menor va-

riación entre las personas que entrenan y las que no lo hacen?

ARGUMENTO muestra el porcentaje de fibras musculares rápidas y lentas para personas con distintos tipos de entrenamiento. Úsalo para responder las preguntas 10 a 13 y realizar las actividades 14 y 15.

100 %

Saltadores

Velocistas

Levantadores de peso

Sedentarios

Nadadores

Maratonistas

80 %

40 %

20 %

0% Fibras lentas

mita averiguar por qué hay diferencias entre maratonistas y velocistas.

15 Tanto la gráfica de torta como la de barras presentan datos similares. Explica las ventajas que crees que ofrece cada una ellas.

Desarrollo compromisos personales y sociales

9 Analiza el siguiente diagrama de barras que

60 %

nadadores el hecho de tener un elevado porcentaje de fibras lentas? Explica tu respuesta.

Fibras rápidas

10 ¿Cuáles grupos tienen porcentajes iguales de fibras?

11 ¿Cuáles grupos tienen el porcentaje más alto de fibras lentas y de fibras rápidas?

12 Compara los porcentajes de fibras en maratonistas y velocistas. Responde: ¿por qué crees que hay diferencias entre maratonistas y velocistas, si en ambos entrenamientos las personas corren? Explica tu respuesta.

PROPONGO 16 Lee la siguiente información. Luego, realiza las actividades 17 y 18.

Hacer deporte con regularidad es una práctica muy favorable para la salud, siempre que se tengan algunos cuidados. El ejercicio debe ser regular, ya que hacer deporte y esforzarse mucho, solo de vez en cuando, es riesgoso. Si se le exige demasiado al cuerpo sin que esté acostumbrado, pueden aparecer calambres, lastimarse las articulaciones o verse afectado el corazón. Siempre se debe hacer ejercicios de calentamiento y de estiramiento para prevenir desgarres y lesiones. Por último, es importante usar ropa cómoda e hidratarse bien.

17 Con ayuda de tu docente de educación física

y tus compañeros, diseña un plan de ejercicio de acondicionamiento semanal.

18 Reúnete con tus compañeros de clase y diseñen un folleto que incluya la información anterior y el plan que diseñaron.

Compartan sus folletos con sus familias y con otras personas que estén interesadas en tener una rutina de ejercicios saludable.

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BIOLOGÍA TECNOLOGÍA

Controladores biológicos: adiós a los plaguicidas químicos Las plagas son organismos que bien pueden ser hongos, bacterias, plantas o animales que producen daños fisiológicos visibles a otros seres vivos, que representan un interés económico para los humanos. Para combatir las plagas, generalmente se aplican plaguicidas químicos que son sustancias que eliminan a los organismos que constituyen la plaga y, además, a otros organismos que resultan benéficos o inofensivos y, en algunos casos, llegan a causar daños irreversibles en el ambiente. Una excelente alternativa para disminuir las plagas es hacer uso de controladores biológicos, que son organismos o productos derivados de estos, capaces de detener el crecimiento poblacional de las plagas y evitar que estas causen daños a cultivos, jardines, animales o personas.

Componente

APROPIACIÓN Y USO DE LA TECNOLOGÍA

¿Cómo elegir un control biológico de plagas?

1

Identificación del problema Cuando se presenta un organismo que probablemente es una plaga, se debe tomar muestras del organismo y del daño que esté causando y llevarlas al profesional indicado. Si no es posible tomar la muestra, se debe identificar el problema para que el profesional idóneo las tome.

2

Estudio de los organismos implicados Para que el profesional determine que el organismo constituye una plaga, debe identificar en las especies implicadas su ecología, los ciclos de vida y, en general, toda la información que le sea posible obtener en el menor tiempo.

3

Componente

Selección del controlador biológico Con base en los estudios realizados, se selecciona la especie o el producto biológico que podrá ser utilizado. Es importante tener en cuenta que las especies que se introduzcan no causen daños y que, una vez desaparezca la plaga, esta no se convierta en una nueva plaga.

NATURALEZA Y EVOLUCIÓN DE LA TECNOLOGÍA En la Antigüedad En Egipto, se empleaban gatos para el control biológico de ratas.

15 4

1882 Henry C. McCook utilizó la hormiga predadora Oecophylla maragdina para controlar poblaciones de insectos consumidores de las hojas de las plantas cítricas.

1889 Charles Valentine Riley es considerado el padre del control biológico de plagas. Con importaciones de cochinilla (Icerya urchasi) salvó cultivos cítricos en California.

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4

Solicitud del permiso

Componente

Para introducir el controlador en una zona determinada, debe solicitarse un permiso a las autoridades encargadas, por introducción de una nueva especie, ya que los riesgos de afectar la biodiversidad del lugar pueden ser muy altos.

5

SOLUCIÓN DE PROBLEMAS CON TECNOLOGÍA

Experiencias de control biológico En la agricultura y la jardinería, el control biológico es un método muy utilizado para evitar las plagas. Estos son algunos de los métodos más utilizados: Plantaciones de calabaza: favorecen el crecimiento del maíz porque evitan que crezcan malezas que dañen el cultivo.

Cría de controladores Si los controladores son organismos vivos, estos deben ser obtenidos bajo condiciones controladas en criaderos o laboratorios, al menos hasta la segunda generación, para comprobar que no haya patógenos que se puedan liberar accidentalmente.

6

Siembra de ajos: ya que producen sustancias químicas que repelen insectos depredadores de hojas de lechuga, manzano y ciruelo.

Liberación Contando con una cantidad suficiente de organismos para entrar a predar a la plaga y seguir reproduciéndose, se liberan los controladores biológicos sobre el área afectada por la plaga.

7

La mariquita de siete puntos: Coccinella septempunctata, es una voraz predadora de pulgones y cochinillas. Una larva puede alimentarse con más de 3.000 cochinillas.

Seguimiento Se verifica, mediante observaciones en campo, que los organismos atacados estén disminuyendo su población y los controladores no afecten a otras plantas o animales. El tiempo que tarda el controlador en erradicar la plaga depende de las especies implicadas.

1923 Científicos de la universidad de California investigan rigurosamente las condiciones necesarias para el uso de controladores biológicos en agroecosistemas.

Hojas maceradas de tabaco: son repelentes naturales de los insectos en los jardines.

1949 Se establece un acuerdo entre México y Estados Unidos para controlar biológicamente a las ninfas de la mosca prieta en cultivos de cítricos.

1991 En Australia, la maleza Parthenium hysterophorus, nociva para los cultivos, se logró controlar gracias al uso del hongo Puccinia abrupta var. partheniicola. ©

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BIOLOGÍA TECNOLOGÍA

Prepara tu propio controlador biológico 1 para jardines Es muy molesto que una plaga ataque a las plantas de nuestro jardín o de una área verde cerca de donde vivimos. Por ello, los seres humanos hemos creado diversas estrategias para contrarrestar el efecto de una plaga ya sea exterminándola, ahuyentándola o simplemente controlando que su población se mantenga dentro de un límite tolerable. Entre muchas de estas estrategias se conoce la técnica de manejo integrado de plagas (MIP), la cual usa una gran variedad de mé­todos complementarios de tipos físico, mecánico, químico, biológico y genético para el control de plagas, y su objetivo es el de reducir o eliminar el uso de pesticidas para minimizar el impacto que tienen sobre el ambiente. En este caso, vas a preparar un controlador biológico de tipo químico con base en hojas de tabaco que es útil para controlar plagas de jardines.

Componente

APROPIACIÓN Y USO DE LA TECNOLOGÍA Identificación del problema a controlar Observa las partes de la planta donde se encuentra la plaga, bien sea en el tallo, las hojas o las flores. Realiza los dibujos correspondientes.

2

Pulverización de las hojas Coge las hojas de tabaco y, con ayuda del mortero, macéralas hasta que queden completamente pulverizadas. Si trabajas con cigarrillos, simplemente remueve la envoltura y el filtro.

Materiales Hojas de tabaco, si no se tienen, se pueden remplazar con cuatro cigarrillos Un mortero Un colador

3

Medición del alcohol Mide, en la jarra medidora, los 500 mL de alcohol que vas a emplear.

Un embudo Un atomizador Una jarra medidora Un recipiente plástico 500 mL de alcohol

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4

5

Preparación del repelente Mezcla el tabaco pulverizado o los cigarrillos con 500 mL de alcohol en el recipiente plástico.

7

Filtra la mezcla de tabaco y alcohol, con ayuda del embudo y el colador. Deposita la solución filtrada dentro del atomizador.

8

Deja reposar la mezcla por unos 15 minutos para que el alcohol logre extraer los compuestos del tabaco necesarios para hacer el repelente.

6

Filtrado

Reposo

Aplicación del controlador biológico Utiliza el atomizador para rociar todas las plantas del jardín y controlar las poblaciones de insectos que las atacan.

Analiza y responde

Seguimiento Lleva un seguimiento continuo del método de control biológico que has utilizado. Para ello, puedes hacer una tabla que indique la cantidad de insectos que encontraste, en las plantas, el primer día que empezaste el tratamiento hasta el último día que se llevó a cabo. Realiza también dibujos diarios que complementen las observaciones de la tabla.

¿Cuál crees que es la importancia de utilizar métodos de control biológico para reducir o eliminar las poblaciones de organismos que constituyen plagas en un agroecosistema? ¿La introducción de una especie como controlador biológico podría afectar la cadena trófica que se constituye en un jardín? Explica tu respuesta.

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GLOSARIO

A

C

D

E

D F

D G

D H

15 8

Adrenalina: sustancia que eleva los niveles de glucosa en la sangre y estimula su producción en el hígado y el músculo. Agallas: extensiones de la superficie del cuerpo de los peces plegadas, que están conectadas con los vasos sanguíneos para realizar el intercambio gaseoso. Agricultura: uso del suelo como cultivo de plantas para la producción de productos para beneficio humano. Alvéolos: pequeñas cámaras de los pulmones donde ocurre el intercambio gaseoso.

Anabolismo: proceso mediante el cual se sintetizan sustancias que requieren las células. Articulaciones: puntos de unión entre dos o más huesos. Átomo: unidad básica más pequeña de la materia que se combina formando moléculas. Autótrofo: organismos que fabrican su propia materia orgánica a partir de dióxido de carbono, agua y sales minerales, o por otros procesos químicos.

Carroñeros: organismos que se alimentan de restos de animales muertos. Catabolismo: proceso mediante el cual se degradan las sustancias para obtener la energía requerida por las células. Cefalotórax: unión de la cabeza con el tórax en arácnidos. Celoma: cavidad interna del cuerpo de algunos animales. Clorofila: pigmento presente en los cloroplastos de las plantas que permite llevar a cabo el proceso de fotosíntesis. Colágeno: proteína que confiere a los huesos la capacidad de resistir la tensión.

Comensalismo: relación en la que una especie obtiene beneficios de otra que no se ve perjudicada o beneficiada. Compuesto: combinación de distintos elementos. Consumidores: organismos que se alimentan de otros seres vivos. Cooperación: tipo de relación en la que todos los organismos involucrados se ven beneficiados. Corriente eléctrica: estado de movimiento de las cargas eléctricas.

Desertización: conversión de un ecosistema en un desierto artificial, perdiendo las especies que originalmente habitaron allí y el suelo. Detritívoros: organismos que se alimentan de detritos.

Detritos: pequeños fragmentos de material orgánico en descomposición. Diálisis: proceso con el que se suplen las funciones del riñón.

Endoesqueleto: esqueleto interno de los vertebrados. Enzimas: moléculas proteicas que el organismo utiliza para catalizar reacciones químicas en el metabolismo. Erosión: desgaste del suelo por acción del viento y el agua dejando expuesta la roca madre. Especie endémica: aquella que solo existe en un lugar restringido del mundo.

Esqueleto: sistema biológico que proporciona soporte y apoyo a los tejidos blandos y músculos de los animales. Eutrofización: aporte de nutrientes inorgánicos que producen una gran proliferación de algas y plantas acuáticas. Exoesqueleto: esqueleto externo de los artrópodos que los protege de otros organismos o de las condiciones climáticas.

Fermentación: proceso en el que se libera la energía de la glucosa en ausencia de oxígeno y se producen compuestos energéticos. Flagelos: prolongaciones helicoidales de mayor longitud que el cuerpo del organismo que los posee.

Fotosíntesis: proceso mediante el cual se fabrica alimento y se libera oxígeno. Fuerza eléctrica: fuerza que ejercen dos cargas eléctricas separadas entre sí por determinada distancia.

Ganadería: uso del suelo para alimentar animales que se utilizan en la producción de productos para el beneficio humano. Glicogénesis: ruta metabólica que se activa para obtener glucosa a partir de glucógeno.

Glomérulo: nudo denso y permeable formado por capilares de la nefrona. Glucagón: sustancia que eleva los niveles de glucosa en la sangre y estimula la degradación de glucógeno.

Heces: conjunto de desperdicios y demás sustancias que no son absorbidas por el intestino delgado. Hemolinfa: sangre de los artrópodos.

Herbivoría: consumo de partes de un organismo vegetal. Huesos: estructuras duras conformadas por tejido conectivo que proporcionan sostén al cuerpo de los animales vertebrados.

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Insulina: sustancia que estimula el transporte de glucosa al interior de las células y la síntesis de glucógeno.

Isotopos: átomos de un mismo elemento que presentan igual número atómico, pero diferente masa atómica.

Lágrimas: líquido constituido por agua, cloruro de sodio (NaCl) y proteína albumina. Ligamentos: estructuras compuestas por fibras de tejido conectivo que mantienen unidos a los huesos.

Lipolisis: ruta metabólica que convierte los lípidos en ácidos grasos. Locomoción: movimiento que realiza un ser vivo para desplazarse o trasladar una parte de su cuerpo de un lugar a otro.

Metabolismo: conjunto de reacciones químicas que ocurren al interior de las células para degradar o sintetizar moléculas. Metámeros: segmentos que se repiten en el cuerpo de algunos animales como los anélidos. Micción: proceso en el que la vejiga vacía su contenido. Mioblastos: células precursoras de las fibras musculares.

Molécula: porción más pequeña que conserva las propiedades químicas de un compuesto. Músculo: tejido que pueden contraerse y relajarse produciendo el movimiento. Mutualismo: relación entre dos o más organismos de diferentes especies que se asocian para obtener beneficios comunes.

Opérculos: ranuras por las que sale el agua del cuerpo de los peces. Ósculo: orificio superior y de mayor tamaño de los poríferos. Osificación: proceso de formación de los huesos.

Oxidación: proceso químico en el que reaccionan dos compuestos para liberar la energía de los enlaces. Ozono: gas incoloro que se encuentra en la estratosfera formado por tres átomos de oxígeno.

Parasitismo: interacción que se establece entre un parásito, que se alimenta de un hospedero, y le causa daño. Pesticida: sustancia química que ataca a los organismos que constituyen plagas. Períodos: filas de la tabla periódica. Pie: estructura que permite el movimiento en los moluscos.

Predación: fenómeno en el que los predadores dan muerte y se alimentan de las presas. Presión osmótica: presión que se ejerce para evitar que las moléculas se difundan a través de una membrana. Producción: cantidad de energía que se almacena en forma de biomasa en cada nivel trófico por unidad de tiempo.

Radiactividad: propiedad de emitir altas cantidades de energía. Reacción endotérmica: reacción química en la que se absorbe energía. Reacción exotérmica: reacción química en la que se libera energía.

Reptación: movimiento serpenteante realizado por contracción y relajación de los músculos de algunos animales. Resiliencia: capacidad de los ecosistemas de recuperarse después de una perturbación. Resistencia eléctrica: resistencia que ofrecen los materiales conductores al paso de la corriente eléctrica.

Sarcolema: membrana plasmática de las fibras musculares. Seudópodos: prolongaciones citoplasmáticas para la locomoción que se presentan en organismos como los protozoos.

Sudor: un líquido formado por agua y sustancias de desecho de los capilares sanguíneos. Sustratos: sustancias que reacciona con una enzima.

Tendones: fibras de tejido conectivo que insertan el músculo en el hueso y transmiten la contracción para producir el movimiento.

Tráqueas: conductos que permiten el intercambio gaseoso en los insectos.

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volumen 1 Desarrolla los temas: Metabolismo, osmorregulación y excreción, procesos que se relacionan con el concepto de nutrición.

volumen 1 Ciencias 7

Ciencias 7

Ciencias 7

Incluye:

Proyecto de investigación

Incluye:

Razonamiento matemático

volumen 1

Características de los seres vivos, el interior celular y niveles de organización celular, en los cuales se explica que las células son las unidades básicas de los seres vivos y que forman tejidos, órganos, sistemas y organismos. Locomoción, en el que se explica cómo se lleva a cabo este proceso en los diversos grupos de seres vivos, partiendo de los organismos unicelulares, hasta los animales que poseen diferentes adaptaciones para desplazarse. A medida que se desarrollan los temas, también se invita al estudiante a asumir compromisos personales y a utilizar los métodos experimentales que le permiten ser un científico natural.

volumen 2 Desarrolla los temas: Dinámica ecológica, en el que se explican los diferentes tipos de relaciones ecológicas y cómo fluyen la materia y la energía en los ecosistemas. La estructura de la materia, en el que se explican con mayor profundidad los conceptos de átomo y tabla periódica. Electricidad y magnetismo, en el que se explican los conceptos de carga eléctrica, conductores, semiconductores y aislantes, corriente eléctrica y electromagnetismo, y algunas de sus aplicaciones.

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A medida que se desarrollan los temas, también se invita al estudiante a asumir compromisos personales y a utilizar los métodos experimentales que le permiten ser un científico natural.

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7 libro de biologia volumen 1  
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