Biología I. Biología I. Tema 5. La energía y los seres vivos

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1 Biología I Tema 5. La energía y los seres vivos 1 Objetivo de aprendizaje del tema Al finalizar el tema serás capaz de: Definir qué es y cómo se divide el metabolismo celular y explicar la relación que existe entre el ATP y la energía de las células. Describir qué es la energía, así como el flujo de energía en los organismos autótrofos y heterótrofos. Analizar el proceso de fotosíntesis y su importancia en los seres vivos. 1

2 Introducción al tema Sabías qué las algas marinas que hay en los mares mexicanos son de gran aporte nutrimental? Los mares mexicanos poseen una enorme cantidad de algas marinas comestibles de gran aporte nutrimental ya que contienen oligoelementos y minerales. Además presentan vitaminas, niacina y ácido fólico. Tienen también abundantes antioxidantes. Gracias a todo esto, se le considera a las algas marinas un alimento altamente nutritivo. Imagen obtenida de: octubre/385 proyectode cultivo de algas marinas beneficiara a pescadores artesanales Para fines educativos. Introducción al tema En México, no se acostumbra consumir este tipo de alimento a pesar de su riqueza nutrimental y fácil producción. Sin embargo, en las costas de Baja California se extraen algas marinas, con el fin de ser materia prima para la producción de agar, sustancia usada en los cultivos de bacterias. Las algas marinas, a través de la fotosíntesis producen el 80% del oxígeno que respiras, un dato más para considerarlas un ser vivo potencial. Imagen obtenida de: a_filamentosa.jpg Para fines educativos. 2

3 Introducción al tema En este tema profundizarás en algunos procesos que realiza la célula, como es su metabolismo y flujo de energía para la alimentación de los seres vivos, así como el de la fotosíntesis y donde radica su importancia para los organismos vivientes como tú y yo. Metabolismo celular y el ATP El metabolismo es el conjunto de reacciones químicas que suceden en un ser vivo. El metabolismo celular se basa en la combustión celular de sustancias energéticas, lo cual libera la energía potencial almacenada en las biomoléculas al romper sus enlaces químicos. Esta energía se almacena en ATP. En el metabolismo celular participan compuestos que funcionan como moléculas precursoras y otros que actúan como productos finales, y no hay sustancia que se desperdicie. 3

4 Metabolismo celular Las reacciones del metabolismo no ocurren al azar, en cada vía metabólica se requiere de un sustrato, el cual es catalizado por una enzima. El metabolismo se divide en dos etapas: Catabolismo Anabolismo Metabolismo celular (catabolismo) Conjunto de reacciones en las que las moléculas complejas se transforman en simples, como ocurre durante la respiración celular en la que cada molécula de CO 2 se degrada para formar de 30 a 32 moléculas de ATP. 4

5 Metabolismo celular Anabolismo: Conjunto de reacciones en las que a partir de sustancias sencillas se elaboran moléculas más complejas como los polisacáridos, las enzimas, los lípidos y los ácidos nucleicos y se requiere de la energía en forma de ATP. Anabolismo. esbiobach2/imagenes/metabolismo/anabolismo.png. Para fines educativos El ATP y las células De la misma forma como los automóviles requieren gasolina para funcionar, la célula necesita un combustible llamado ATP. El ATP: Se obtiene transformando diferentes compuestos químicos. Molécula que representa la energía celular e interviene en todas las operaciones que ocurren en las células, como la fotosíntesis, la respiración, el intercambio de materiales a través de la membrana, entre otras. 5

6 El ATP y las células Está formado por una molécula de adenina, una molécula de ribosa y 3 grupos fosfato. Se forma a partir de que un nucleótido AMP mediante un enlace de alta energía se une a otro fosfato para formar ADP al que se le añade otro fosfato por medio de un enlace de alta energía para obtener ATP Imagen obtenida de: Solo para fines educativos. El ATP y las células Cuando el ATP se hidroliza, se libera energía almacenada en los dos enlaces de esta energía que se rompen de cada una de las moléculas y se vuelve a formar el AMP, lo que permite que el proceso pueda repetirse. Trabajos que desempeña la célula y requiere del ATP: De síntesis Eléctrico Mecánico Producción de calor De transporte Bioluminiscencia 6

7 Flujo de energía en los organismos autótrofos y heterótrofos La energía es un elemento común en los seres vivos, desde el origen de la vida, ya que todo organismo vivo requiere de una gran cantidad de ella para realizar sus funciones vitales. Los organismos autótrofos como las algas y las plantas, obtienen su energía del Sol. Los heterótrofos, como los hongos y los animales la obtienen degradando moléculas orgánicas que han sido formadas por otros seres vivos. Flujo de energía en los organismos autótrofos y heterótrofos Los animales, los hongos y algunas bacterias heterótrofas utilizan la energía obtenida para realizar la biosíntesis, que consiste en convertir las moléculas sencillas del alimento que consuman en moléculas complejas. Los organismos autótrofos la utilizan para realizar la fotosíntesis para transformar compuestos inorgánicos en los orgánicos que son su alimento. 7

8 Qué es la energía? La energía es un concepto; la combinación intangible de propiedades e interacciones físicas evidentes en distintas formas como calor, luz y electricidad. Se trata de la potencia activa de un organismo y puede definirse y convertirse de energía química a mecánica, hidráulica, térmica, eléctrica y nuclear a partir de la energía radiante. La energía es la capacidad de realizar trabajo útil; la energía cinética del calor que sale del organismo, debe ser remplazada en la energía potencial de moléculas ordenadas presentes en los alimentos. Qué es la energía? La corriente de energía que circula por dentro de una célula puede adoptar la forma de calor, luz, electricidad, movimiento o energía química que determina el crecimiento, la irritabilidad, el movimiento, el mantenimiento, la reparación, la reproducción que en su conjunto constituyen el metabolismo el cual es muy parecido en células vegetales, animales o bacterias. 8

9 Qué es la energía? Célula del Nervio, cerebro Oído interno Cloroplasto Retina Riñón Tipo de energía Energía química en eléctrica. Sonidos en energía eléctrica. Luz en energía química. Luz en energía eléctrica. Energía química en presión osmótica. Fuente: Frías, M.I. (2008). Biología 1. (2ª Ed.) Editorial Nueva Imagen. Flujo de energía Los organismos dependen directamente unos de otros para obtener energía, se alimentan y sirven de alimento para otros, como consecuencia se forma una cadena alimenticia, que es una relación lineal y unidireccional entre los organismos que participan en ella. Todas las cadenas alimenticias se relacionan con otras cadenas para formar redes tróficas, las cuales son más complejas por la cantidad de organismos que intervienen en ellas. 9

10 Flujo de energía Cadena trófica. Imagen obtenida de: trofica Solo para fines educativos. Flujo de energía Nivel trófico: Etapa que incluye a todos los organismos de un ecosistema determinado que se alimentan de una fuente alimenticia parecida. Los niveles tróficos son: Productores (algunas bacterias, algas y plantas). Consumidores primarios (herbívoros). Consumidores secundarios (carnívoros). Consumidores terciarios (carnívoros). Descomponedores o degradadores (hongos y bacterias). 10

11 Flujo de energía La pirámide trófica es otro modelo que representa la manera de cómo es el flujo de la energía en un ecosistema. Representa cuanta energía se mantiene como biomasa y cuánta se disipa al ser enviada al siguiente nivel. Existen tres tipos de pirámides tróficas: Pirámide de energía (energía acumulada). Pirámide de biomasa (cantidad de materia viva). Pirámide numérica (número de individuos). Flujo de energía Pirámide de energía. Imagen obtenida de: ecologica/ Solo para fines educativos. 11

12 Fotosíntesis Todas las plantas son organismos autótrofos. El alimento que producen es un monosacárido llamado glucosa cuya obtención se logra por medio de un proceso llamado fotosíntesis. Para que se lleve a cabo la fotosíntesis se requiere de un cloroplasto que en su interior tiene un conjunto de tilacoides llamado grana y el estroma una sustancia que rodea a la grana. Cloroplasto. Imagen obtenida de: Solo para fines educativos. Fotosíntesis Es un proceso metabólico en el que la energía del Sol absorbida por las plantas es enviada a la glucosa donde se almacena hasta que se necesite para transformarla en energía aprovechable para las funciones vitales de la planta. Los reactivos necesarios para que se lleve a cabo la fotosíntesis son: Luz solar. CO 2, presente en el aire. Agua, proveniente del suelo. Clorofila, que es el pigmento que da el color verde a las plantas. Enzimas, contenidas en las células vegetales. 12

13 Fotosíntesis Los productos finales obtenidos por la fotosíntesis son: Glucosa, que se almacena en la planta. Oxígeno, que se libera a la atmósfera. La fotosíntesis se divide en dos fases: Fase I (luminosa o fotodependiente). Fase II (oscura o fotoindependiente). Fotosíntesis Imagen obtenida de: Para fines educativos. 13

14 Fotosíntesis (Fase I) Reacciones que requieren forzosamente de la luz solar. Tienen lugar en los tilacoides, contienen clorofila que al recibir los rayos del sol provoca la fotólisis del agua. Las membranas tilacoides contienen fotosistemas organizados de proteína, clorofila, pigmentos accesorios y moléculas portadoras de electrones. Presenta dos tipos de fotosistemas: el 1 y el 2. Fotosíntesis (Fase I) Un fotosistema consta de un sistema de recolección de luz y una serie de moléculas portadoras de electrones. Hidrógenos se liberan como resultado de la fotólisis del agua pasan a los fotosistemas 1 y 2 para generar ASTP y NADPH en la célula vegetal, por lo que el O 2 se libera de la planta. El fotosistema 2 sucede primero que el 1 en la fase I. 14

15 Fotosíntesis (Fase II) Reacciones que no requieren de luz solar, pueden llevarse a cabo de día o de noche. Tienen lugar en el estroma del cloroplasto y es donde el CO 2 y el H 2 O se unen para producir glucosa. Además del CO 2 y el agua para que ocurran estas reacciones se necesita bifosfato de ribulosa (BPRu), enzimas NADPH, que se obtienen en la fase I. Fotosíntesis (Fase II) Comienza cuando el CO 2, entra en un ciclo en el que modifica varias moléculas donde el principal componente es el carbono, a esto se le llama ciclo de Calvin o C3 y se divide en 3 etapas: Fijación de carbono. Síntesis de gliceraldehído 3 fosfato (G3P). Regeneración de bifosfato de ribulosa (BPRu). 15

16 Importancia biológica de la fotosíntesis Proceso bioquímico más importante de la Biosfera porque: La síntesis de materia orgánica a partir de la inorgánica se realiza fundamentalmente mediante la fotosíntesis; que pasará a los seres vivos a través de las cadenas tróficas. Transforma la energía luminosa en energía química. Libera oxígeno, que será utilizado en la respiración aerobia como oxidante. Importancia biológica de la fotosíntesis La fotosíntesis fue causante del cambio producido en la atmósfera primitiva, que era anaerobia y reductora. De ella depende la energía almacenada en combustibles fósiles como: carbón petróleo gas natural Responsable del equilibrio necesario entre seres autótrofos y heterótrofos. 16

17 Fotosíntesis Imagen obtenida de: Solo para fines educativos. Cierre Los diseñadores de interiores, cuando decoran una habitación siempre buscan armonizarla colocando algunas plantas o flores que den una sensación de paz o alegría, incluso el feng shui sugiere tener plantas naturales dentro de la casa para equilibrar la energía. Después de lo que has escuchado a cerca de la fotosíntesis Qué consideras que será mejor para tu salud, conservar una planta en tu habitación o no? 17

18 Cierre Recuerda que durante la etapa luminosa, una planta libera O 2 al medio ambiente y durante la etapa oscura, absorbe el CO 2 del aire que la rodea. Considerando estos datos sería conveniente tener plantas en el interior de tu dormitorio ya que durante la noche las plantas absorben el CO 2 que exhalas; lo que haría que el aire te resulte menos viciado. Sin embargo toma en cuenta que el proceso de respiración aeróbica se lleva a cabo independientemente de la presencia o no de luz solar, y durante éste, se absorbe O 2 y se libera CO 2. Cierre Haciendo un balance de ambos procesos, durante la noche es mayor la cantidad de O 2 absorbida por la planta que la de CO 2 ; por lo que en definitiva te estaría quitando el oxígeno mientras duermes. Con todo, puedes decidir mejor NO tener plantas en tu recámara. Y es precisamente el tema de la respiración celular de plantas y animales lo que veremos en la próxima sesión. 18

19 Referencias bibliográficas De Erice, E. y González, A. (2009). Biología: la ciencia de la vida. (1ª Ed.) México: McGraw Hill. Frías, M.I. (2008). Biología 1. (2ª Ed.). Nueva Imagen. En CIAM. (s.f.). Metabolismo Celular. En el CIAM de la Universidad de Colima. Recuperado el 21 de diciembre de 2009 de tes/2a%20parcial/metab%20celular/metabolisoc.htm Marcano, J. (s.f.). Flujo de Energía y Cadena Trófica. Recuperado el 21 de diciembre de 2009 de Referencias bibliográficas Pardo, A. y Cámara, N. (2004): Mareas rojas, la rebelión del plancton. Recuperado el 21 de diciembre de 2009 de 19

20 Créditos Diseño de contenido: Ing. Laura Gabriela Ríos Contreras, MCP Coordinador académico: Ing. Norma Yolanda Loera Hernández, MA Edición de contenido: Lic. Cintia Esquivelzeta Rabell Edición de texto: Lic. María Eugenia Baba Félix Diseño gráfico: Ing. Nidia Lizzeth López Alanís, MGTI 20

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