Fotosíntesis

Guía de trabajo sobre fotosíntesis

¿Qué es la fotosíntesis?

Todos los organismos vivos, desde los más simples hasta los más

complejos, requerimos de energía para hacer nuestras actividades.

La fuente de esta energía puede ser química (nutrientes) o lumínica.

Nosotros, como gran parte de los seres vivos, sacamos la energía de

moléculas orgánicas que consumimos en los alimentos. Nuestra principal

fuente energética es la glucosa de fórmula molecular C6H12O6.

Pero, ¿quién sintetizó esta importante molécula?

Las células vegetales tienen una particularidad excepcional, a diferencia

de nosotros, y es que no requieren de una fuente química para la

obtención de su energía: ¡las plantas pueden adquirir la energía de la luz!

Las células vegetales tienen una estructura y composición tal que les

permite fijar la energía lumínica proveniente del sol y transformarla en

energía química a partir de dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O).

Este proceso se puede resumir en la siguiente ecuación química:

LUZ + 6 CO2 + 6 H2O ⇒ C6H12O6 + 6 O2

Como vez en la ecuación, las plantas absorben energía del sol. ¿Cómo la

absorben?

En las células que realizan la fotosíntesis hay unas moléculas

especializadas en absorber energía. Estas moléculas se llaman pigmentos,

que absorben ciertas longitudes del espectro electromagnético y reflejan

otras, de modo que les dan un color a las plantas u otros cuerpos u

objetos que tengan estas estructuras.

El pigmento que tienen las células que realizan la fotosíntesis es de color

verde y se llama clorofila. La clorofila es una molécula con una estructura

química muy compleja, que absorbe todas las longitudes de onda del

espectro visible, exceptuando las que percibimos como verde.

¿En qué parte de las plantas se encuentra la clorofila?

Este pigmento se encuentra en los tilacoides, estructuras con forma de

sacos aplanados. En su interior, además de clorofila hay otros pigmentos

y proteínas necesarios para la fotosíntesis. En el caso de las células

eucariontes, estos sacos están cubiertos por una membrana que forma los

cloroplastos. Los cloroplastos son organelos celulares especializados en el

proceso de fotosíntesis.

¿Cómo ocurre la fotosíntesis?

La fotosíntesis ocurre en dos fases: la fase lumínica y la fase oscura.

- En la fase lumínica la luz "golpea" a la clorofila y excita un electrón

de la molécula de agua hasta llevarlo a un nivel energético superior.

En una serie de reacciones que involucran un largo proceso de

transporte de electrones, la energía se guarda en una molécula de

adenosín trifosfato (ATP) y en hidrógeno que es almacenado en la

molécula NADPH. El agua se descompuso durante el proceso, con lo

que libera oxígeno (O2) como producto secundario de la reacción.

- En la fase oscura se forman las moléculas de glucosa y otros

carbohidratos a partir de CO2 presente en la atmósfera y del

hidrógeno (contenido en NADPH) y la energía almacenada en ATP

formados anteriormente.

Esto ocurre mediante una serie de reacciones químicas y en

presencia de enzimas específicas.

Como ves, hay diversas razones por las cuales las plantas y organismos

fotosintéticos son fundamentales para la realización y continuidad de la

vida en el planeta. Además de ser la base de las cadenas tróficas de los

ecosistemas, son capaces de consumir CO2 y liberar O2 a la atmósfera.

Actividad: ¿Qué es la fotosíntesis?

I. Conocimientos del proceso de fotosíntesis

Con tus conocimientos de metabolismo celular y la información que

estimes conveniente, complementa la información que aparece en la ficha

y responde las siguientes preguntas:

1. Ya sabemos que los organismos vivos utilizamos diferentes formas

de energía para realizar nuestra actividades. Algunos organismos utilizan la energía guardada en los alimentos y otros la aprovechan directamente del sol. ¿Qué organismos utilizan la energía de los alimentos y cuáles utilizan la energía del sol?

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2. Dibuja la planta que más te gusta y descríbela. ¿De qué color es?

¿

Cuánto mide? ¿Dónde crece?

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3. En esta planta, ¿en qué lugar ocurre la fotosíntesis? Recuerda que la

fotosíntesis ocurre en ciertas unidades estructurales. ¿Cuáles son estas unidades?

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¿Cuál es su función? ¿A qué se le llama unidad estructural de la fotosíntesis?

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¿Dónde están estas unidades estructurales?

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4. La respiración celular es un proceso similar a la fotosíntesis. Haz un paralelo entre ambos e intenta contestar las siguientes preguntas:

¿Cuáles son sus materias primas?

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¿Cuáles son sus productos? ¿A qué orgánulo celular se asemeja el cloroplasto?

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Completa el siguiente cuadro:

	Fotosíntesis	Respiración celular
Materias primas
Organelo celular
Productos

II. Reflexiones sobre la fotosíntesis

1. ¿Cuál es el rol de la fotosíntesis en el equilibrio global de la vida en la Tierra?

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2. En comparación con los organismos animales, los organismos vegetales gozan de una gran ventaja para obtener su alimento.

¿Cuál es esta ventaja?

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3. No olvides que los vegetales son también seres vivos. Como tal, realizan ciertas funciones características de los organismos vivos.

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Recuerda cuáles son estas funciones y luego reflexiona en torno a las siguientes preguntas:

a. ¿Las plantas realizan fotosíntesis en la oscuridad?

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b. ¿Las plantas tienen respiración celular, como los organismos animales? Es decir, ¿pueden respirar O2 y eliminar CO2, tal como lo hacemos los humanos y demás animales?

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Mecánica respiratoria

En situación de reposo nosotros respiramos entre 12 y 15 veces por minuto, movilizando en cada respiración en torno a medio litro, lo que supone que cada minuto movilizamos entre 6 y 7,5 litros de aire.

Dentro de las respuestas fisiológicas al ejercicio, la respiración aumenta para hacer frente al incremento de oxígeno que se precisa para aumentar la formación de energía imprescindible para realizar ejercicio físico.

En situaciones de ejercicio muy intenso, la frecuencia respiratoria alcanza las 40-50 respiraciones por minuto y el volumen movilizado en cada respiración se situa en torno a 3-4 litros. Ello supone que en intensidades máximas de ejercicio, se movilizan entre 120 y 200 litros por minuto, variando lógicamente estos valores en función del tamaño corporal y características individuales. Incluso en deportistas olímpicos de deportes de fondo y gran tamaño corporal (como los remeros) se han llegado a medir Ventilaciones Minuto Máximas (máximo volumen de aire movilizado en 1 minuto) de hasta 250 - 300 litros de aire, lo que implica que para conseguirlos, estos deportistas movilizan en cada respiración más de 5 litros de aire (ya que la frecuencia respiratoria máxima apenas varía).

Fisica de la Respiracion

Los pulmones están conectados al exterior a través de las vías respiratorias y los cambios de volumen torácico son los que van a marcar la movilización del aire en un sentido u otro. Si la caja torácica aumenta su volumen, en su interior (en los pulmones) se genera una presión negativa que "chupa" el aire exterior y al entrar ese aire en los pulmones se equilibra la presión, estabilizándose el sistema. Si a continuación se disminuye el volumen de la caja torácica, en su interior se crea una presión positiva que "obliga" al aire a salir al exterior.

la mecánica respiratoria supone por tanto un cambio contínuo de presiones provocada por los cambios en el volumen de la caja torácica.

¿Cómo se modifica el volumen torácico?

En condiciones normales, cuando no actua ninguna fuerza sobre la caja torácica, el aparato respiratorio se encuentra casi vacio de aire (nunca se vacía del todo, incluso tras una espiración forzada) correspondiéndose con una espiración normal completada.

INSPIRACION

El proceso de toma de aire o inspiración se debe a que los músculos inspiratorios (entre los que encontramos el diafragma y los músculos encargados de "levantar" y "abrir" la caja torácica) se contraen de forma activa, aumentando así el volumen de la caja torácica. Hay que tener en cuenta que tanto la pared torácica como los pulmones actúan como elementos elásticos y que "adoptan" una situación de equilibrio pasivo en la posición de reposo, tras una espiración. En el trabajo de los músculos inspiratorios se incluye por tanto la energía necesaria para modificar la forma de dichos elementos elásticos.

ESPIRACION

La espiración es el proceso de exhalar el aire contenido en los pulmones. La disminución del volumen de la caja torácica que da lugar a la espiración se debe al trabajo de los músculos espiratorios y a la recuperación de la energía elástica acumulada en la pared torácica y en el tejido pulmonar como resultado de la inspiración.

MECANICA EN REPOSO

En situaciones de baja demanda respiratoria como cuando nos encontramos en una situación de reposo, se puede decir que la inspiración es la única fase muscular activa del ciclo respiratorio. En este caso la contracción del diafragma y de los músculos intercostales inspiratorios llevan a cabo el trabajo de la inspiración, mientras que para que se produzca la espiración, sólo se necesita que dejen de contraerse y se relajen los músculos inspiratorios, para que la elasticidad pulmonar y torácica ya comentada generen la suficiente presión positiva como para que el aire salga al exterior sin necesidad de que intervengan los músculos espiratorios.

MECANICA EN EJERCICIO

La respuesta ventilatoria al ejercicio supone el aumento de la frecuencia respiratoria (más respiraciones por minuto) y también del volumen de aire movilizado en cada respiración. Ello implica mucho más trabajo y además debe ser realizado de forma mucho más rápida, con lo que tanto la inspiración como la espiración requieren la intervención activa de la musculatura específica. En la inspiración, además de los músculos que trabajan habitualmente en reposo (intercostales y diafragma) pueden llegar a intervenir (en función de la intensidad de ejercicio) los músculos escalenos y esternocleido-mastoideos. En la espiración, además de la restitución de la energía elástica almacenada, hay una participación activa de la musculatura espiratoria (intercostales espiratorios y abdominales).

En todo caso, la mayor cantidad de trabajo viene dada por la musculatura inspiratoria, tanto en reposo como en cualquier nivel de intensidad de ejercicio. Es por ello que el entrenamiento de la musculatura inspiratoria mediante el POWERbreathe, incide específicamente en la musculatura respiratoria que más repercusión tiene en la mecánica ventilatoria.

Gracias a BioLaster

ADN y su historia

Este artículo pretende brindar información acerca del descubrimiento y la historia del ADN (componente principal del materia genético de los organismos vivos y el material donde los genes se codifican), conociendo los principales personajes que hacen referencia a la historia y descubrimiento del ADN, siguiendo un orden cronológico  y haciendo notar que esto ha sido un echo reciente y de gran importancia tanto así que ha sido denominado como el descubrimiento mayor del siglo XX  

¨ADN¨ 

LA REALIDAD DE SU HISTORIA 

La historia de la investigación genética comenzó con Gregor Mendel el "padre de la genética". Realizado  experimentos con plantas en 1857 que llevó a un creciente interés en el estudio de la genética.

Su experimento estuvo involucrados con el cultivo  de plantas de guisante durante 8 años, en donde estudio el desarrollo en reproducción de los mismas, formulando así las conocidas ¨LEYES DE MENDEL¨, las cuales habla de los caracteres hereditarios de padres a hijos. Es así que se empieza a notar que existe un factor importante encargado de llevar esa información.

Se vio obligado a renunciar a su experimento cuando se convirtió en Abad del monasterio. Murió en 1884, pero sus experimentos aún forman la base de la genética y dieron una idea clara de la herencia.

Son muy pocos quienes conocen al verdadero descubridor del ADN. Johan Friedrich Miescher (1844 - 1895), un biólogo suizo, fue  quien aisló la molécula de la vida 75 años antes de que Watson y Crick revelaran su estructura.

En 1869 Johann Friedrich Miesscher, utilizo primero alcohol caliente y luego una pepsina enzimática  que separa la membrana celular y el citoplasma de la célula, el científico quería aislar el núcleo celular, concreta mente en los núcleos de las células del pus obtenidas de los vendajes quirúrgicos desechados y en la esperma del salmón, sometió a este material a una fuerza centrifuga para aislar a los núcleos del resto y luego sometió solo a los núcleos a un análisis químico.

De esta manera Miescher identifico a un nuevo grupo de substancias celulares a las que denomino ¨nucleicos¨, debido a que se encontraba en el núcleo celular.

Richard Altmann

Las investigaciones continuaron y en 1889 Richard Altmann, identifico a las nucleina como sustancias  ácidas y las denomino con el nombre de ácidos nucleicos. Esta sustancia se encontró que sólo existen en los cromosomas.

Robert Feulgen

En 1914, describió un método para revelar por tinción el ADN, basado en el colorante fucsina. Se encontró, utilizando este método, la presencia de ADN en el núcleo de todas las células eucariotas, específicamente en los cromosomas.

En el año 1928 Frederick Griffith investigando una enfermedad infecciosa mortal, la neumonía, estudió las diferencias entre una cepa de la bacteria Streptococcus peumoniae que producía la enfermedad y otra que no la causaba. La cepa que causaba la enfermedad estaba rodeada de una cápsula (conocida como cepa S, del ingles smooth, o sea lisa), en cambio la otra cepa (la R, de rugosa) no tenia cápsula y es la que no causa neumonía.

Griffith inyectó las cepas de la bacteria en ratones. La cepa S los mataba mientras la cepa R no lo hacía, luego comprobó que la cepa S, muerta por calentamiento, no causaba neumonía cuando se la inyectaba. Sin embargo cuando combinaba la cepa S muerta por calentamiento, con la cepa R viva, es decir con componentes individuales que no mata a los ratones e inyectaba la mezcla a los ratones, los ratones contraían la neumonía y morían.

Las bacterias que se aislaban de los ratones muertos poseían cápsula y, cuando se las inyectaba, mataban otros ratones. Frederick Griffith fue capaz de inducir la transformación de una cepa no patogénica Streptococcus pneumoniae en patogénica. Griffith postuló la existencia de un factor de transformación como responsable de este fenómeno.

                                         

Oswald Avery continuó con el experimento de Griffith alrededor de una década más tarde para ver lo que era la molécula de la herencia. 

 En este experimento destruyó los lípidos, ácidos ribonucleicos, carbohidratos y proteínas de la neumonía virulenta, la transformación de las cepas ocurrió aún después de esto.  Luego destruyó el ácido desoxirribonucleico, y aquí ya no transformación.

En base a esto ¨había encontrado la base de la herencia¨.

                                       

En 1929 Phoebus Levene en el Instituto Rockefeller identifica los componentes que forman una molécula de ADN, los cueles son: 

·         Cuatro bases nitrogenadas: citosina y timina (pirimidinas), adenina y guanina (purinas); 

·         El azúcar desoxirribosa

·         Un grupo fosfato. 

Mostró que los componentes de ADN estaban vinculados en la orden fosfato-azúcar-base. Agregó que cada una de estas unidades es un nucleótido y sugirió que la molécula de ADN consiste en una cadena de unidades de nucleótidos Unidos entre sí a través de los grupos fosfato. Sugirió que estos forman un ' columna vertebral ' de la molécula.

Sin embargo, Levene pensó la cadena era corta y que las bases se repiten en el mismo orden fijo. Fue Torbjorn Caspersson y Einar Hammersten que demostraron que el ADN es un polímero.

                                      

Regla de Erwin Chargaff 

Para entender mejor la molécula de ADN, los científicos estaban intentando hacer un modelo para comprender cómo funciona y lo que hace.  En el 1940 otro científico llamado Erwin Chargaff encontró el patrón de los importes de las cuatro bases: adenina, citosina, guanina y timina.

Tomaron muestras de ADN de células diferentes y encontró que la cantidad de adenina era casi igual a la cantidad de timina, y que la cantidad de guanina era casi igual a la cantidad de citosina.  Así, se podría decir: A = T y G = C.  Este descubrimiento se convirtió en ¨Regla de Chargaff¨.

                              

A primeros de los años 50 Maurice Wilkins y Rosalind Franklin realizaron los primeros estudios físicos con el DNA mediante la técnica de difracción de rayos X y concluyeron que:

1. La molécula de DNA es una cadena extendida con una estructura altamente ordenada.
2. La molécula de DNA es helicoidal y tiene un diámetro de 20 Å y
3. Las bases de los nucleótidos están apiladas con los planos separados por una distancia de 3,4 Å.

Entre los hecho importantes esta la  ¨Fotografia 51¨ muy conocida tomada por Franklin y la cual por medio de Wilkins llego a las manos de Watson y Crick los cuales como veremos mas adelante presentaron la estructura del ADN.

                  

Watson y Crick

                                 

En 1953, James Watson (1928- ) y Francis Crick (1916-2004) combinaron los datos químicos y físicos del DNA, y propusieron un modelo estructural del DNA que publicaron en la revista Nature. Hay que reconocerles el mérito de que ¨sin hacer ningún experimento¨, supieron combinar los datos disponibles en el momento para diseñar un modelo que resultó ser correcto.

EL artículo conjunto de Watson y Crick que narraba de forma cautelosa el descubrimiento que habían realizado; comenzaba con estas palabras:"Deseamos sugerir una estructura para la sal del ácido desoxirribonucleico (ADN).Esta estructura posee nuevas características que son de considerable interés biológico" .

Tomaron un vistazo a la  imagen de radiografía de  Franklin y Wilkin, crearon un modelo que no ha cambiado mucho desde entonces, en su modelo se mostró una doble hélice con peldaños poco conectar las dos hebras. Estos peldaños fueron las bases de un nucleótido, también descubrieron que si empareja timina con adenina y guanina con citosina ADN tendría un aspecto uniforme.  Este emparejamiento fue también según la ' regla de Chargaff, ademas encontraron que un enlace de hidrógeno puede formarse entre los dos pares de bases. Además, cada lado es un complemento completo de la otra.

El siguiente dibujo es original de Watson y Crick y fue tomado del artículo publicado en la revista Nature:

                         

Gymkana de Sistema nervioso

Evidencias evolutivas

EVIDENCIAS DE LA EVOLUCIÓN

La teoría de la evolución se basa en una serie de pruebas aportadas por diferentes disciplinas científicas y que infieren que todos los seres vivos actuales son el resultado de la evolución.

Paleontología. Examina las pruebas de la existencia de seres vivos en el pasado basándose en el estudio comparativo de fósiles. Numerosas formas fósiles indican puentes entre dos grupos de seres, como en el caso del Archaeopteryx que es una forma intermedia entre reptil y ave. También se puede dar una serie transicional entre varios fósiles de un organismo que vivió en el pasado hasta la forma actual, el caballo es uno de los ejemplos más documentado.
Archaeopteryx: se pronuncia: Ar keop térix, Arqueo= antiguo, pterón= ala

Biogeografía. Muchas de las especies actuales se originaron como consecuencia de un aislamiento geográfico. Por lo tanto, la distribución actual de las especies está en relación directa con su punto de origen geográfico y evolutivo. Esto explica las similitudes y diferencias existentes entre los mamíferos de África, América y Australia.
La flora y fauna en las islas oceánicas es parecida a la de la porción continental más próxima. En las islas Galápagos, las especies de plantas y animales son endémicas, sin embargo se parecen a las especies de la costa sudamericana.

Anatomía. Diferentes especies presentan partes de su organismo constituidas bajo un mismo esquema estructural Se usa la comparación de la estructura y el desarrollo embrionario de los organismos para establecer el grado de parentesco evolutivo entre los grupos. La anatomía comparada se apoya en tres herramientas principales: órganos homólogos, análogos y vestigiales o rudimentarios.

Órganos homólogos. Órganos que tienen la misma estructura interna pero con diferentes funciones. Aquellos grupos que se han desarrollado recientemente a partir de un ancestro común presentan una estructura y un desarrollo embrionario más parecido que los presentados en grupos de origen diferente. La presencia de órganos homólogos es una fuerte evidencia evolutiva entre los miembros de un grupo dado. Por ejemplo, las extremidades de los vertebrados son estructuras homólogas, cada una consta casi de los mismos huesos, músculos, nervios e inervación

Órganos análogos. Órganos con la misma función pero con diferente estructura y con un origen embrionario diferente. Por ejemplo, el ala de un ave y el ala de la mosca, las patas de los insectos y las extremidades de los vertebrados

· Órganos vestigiales. Órganos que perdieron su función y que muestran los distintos cambios producidos en su cuerpo como resultado de las adaptaciones evolutivas. El hombre tiene muchas estructuras vestigiales: el apéndice, los músculos de la nariz y las orejas, la membrana nictitante de los ojos, las muelas del juicio, el vello corporal, el pezón en el varón, segmentación del músculo abdominal y el cóccix (es un remanente de la cola). En animales, las patas traseras vestigiales de ballenas y pitones el tobillo vestigial de los huesos de la pierna del caballo y las alas vestigiales de avestruces y pingüinos.

Embriología. En todas las especies se encuentran características ancestrales similares en el desarrollo embrionario, y que desaparecen durante dicho proceso. Por ejemplo, las etapas iniciales de todos los embriones de mamíferos son muy parecidas a las de peces, anfibios y reptiles

Bioquímica. Los organismos presentan similitudes y diferencias químicas que establecen una correlación de parentesco entre sí. Por ejemplo, la secuencia de aminoácidos en las cadenas a y b de las hemoglobinas de distintas especies de primates muestra considerables similitudes y también diferencias específicas; así que la hemoglobina humana es muy parecida a la del chimpancé (se diferencia por 12 aminoácidos) y menos similar a la de otros monos menos avanzados, lo que indica su relación evolutiva. Otro ejemplo son las hormonas de vertebrados que son tan parecidas, que a menudo pueden intercambiarse, constituyendo, por lo tanto, pruebas de similitudes fundamentales endocrinas entre los vertebrados.

Genética. Con las modernas técnicas en biología molecular es posible estudiar la evolución en el nivel más íntimo en que se produce: el DNA. En analogía a las pruebas bioquímicas, existe una correlación entre las secuencias de nucleótidos de los genes en especies emparentadas, la diversificación de la secuencia de aminoácidos es el resultado de los cambios en las bases del DNA a través del tiempo. Las mutaciones pueden producir efectos, grandes o pequeños, eventualmente benéficos, pero predominantemente nocivos, básicamente aquellos que determinan cambios marcados. El número y estructura de los cromosomas es similar en especies relacionadas y pueden estudiarse mediante técnicas citológicas.
El DNA contiene información sobre la historia evolutiva del organismo, debido a que los genes cambian por las mutaciones. Dado que la evolución tiene lugar paso a paso, el número de sustituciones en el DNA refleja la duración del período evolutivo correspondiente.
Si comparamos dos organismos, como el hombre y el chimpancé, y observamos que el número de diferencias de su DNA es menor que el que hay entre cualquiera de ellos y el orangután, podemos concluir que la divergencia entre estas dos especies es más reciente que entre ellas y el orangután. Es decir, el número de diferencias en las cadenas de DNA o de proteínas es proporcional a la distancia evolutiva existente entre las especies correspondientes.

Visitando Paposo

Sistema endocrino