Clase 11 - Energía y Materia en los Ecosistemas

¿Podríamos vivir sin árboles o sin plantas?  Pensemos en todo lo que comemos: carne, verduras...  ¿Y con que alimentamos a los animales que luego comemos?  Con plantas.  Sin plantas, ¿qué comerían los animales, incluidos nosotros?  ¡Nada!  Entonces, NO podríamos vivir sin árboles o plantas.  Esto nos lleva a preguntarnos, ¿y de qué viven las plantas?  De todos los nutrientes que encuentran en el sol, sin duda.  ¿Y de dónde salen estos nutrientes?  Pensemos: ¿podrían las plantas vivir sin sol?  No.  Si bien podemos decir esto por intuición, a medida que avance la clase veremos por qué el sol es estrictamente necesario para la vida de TODO en el planeta.

-  Los árboles producen su propia comida.  Por ende, son organismos autótrofos.  Esto es distinto a los animales, que deben obtener su comida desde "afuera".  Los animales, los hongos, los humanos, etc., son organismos heterótrofos. 

-  ¿Cómo producen las plantas su propia comida?  Convirtiendo la energía lumínica, proveniente del sol, a energía química, la cual se encuentra en forma de azúcar. Esto por medio del proceso de la fotosíntesis. 

CO2 --> dióxido de carbono.  H20 --> agua.  C6H12O6 --> glucosa (monosacárido).  O2 --> oxígeno.  

Al lado izquierdo de la ecuación de fotosíntesis encontramos lo que necesitamos para que ésta ocurra (dióxido de carbono obtenido de la atmósfera, y agua absorbida por las raíces).  Estos son los reactantes.  Al lado derecho encontramos lo que producimos, o sea, los productos: glucosa, la "comida" de la planta, y O2 que es liberado a la atmósfera.  

Es interesante notar que no solo vivimos gracias a la fotosíntesis porque las plantas pueden "comer", si no también porque la fotosíntesis absorbe CO2 del aire, para luego liberar oxígeno a la atmósfera.  Sin oxígeno claramente la vida no sería posible.  

-  ¿Cómo funciona la fotosíntesis?  En dos fases: fase primaria o lumínica, y fase secundaria u oscura. 

La fase lumínica rompe los reactantes con ayuda de la luz solar (pregunta: ¿cuáles son los reactantes de la fotosíntesis?) para generar subproductos, que luego nos llevarán a los productos finales. 

La fase secundaria u oscura, también llamada Ciclo de Calvin, toma estos subproductos para llegar a los productos finales (¿cuáles eran estos?).  

-  ¿Dónde ocurre la fotosíntesis?  en las hojas y los tallos verdes de las plantas.  ¿Por qué son verdes?  Porque contienen clorofila, un pigmento que absorbe la luz.  Este pigmento se encuentra contenido en los cloroplastos de las hojas (los cloroplastos son organelos de la célula vegetal).  O sea, más concretamente, la fotosíntesis ocurre la clorofila de los cloroplastos de la célula vegetal, los cuales se encuentran en las hojas y los tallos verdes de las plantas.

Al principio de la clase, hablamos de lo que comíamos los animales, y siempre se llega a una planta.  Esto lo analizaremos a continuación, junto con algunos conceptos importantes de entender.

-  Ecosistema: conjunto de lo biótico (lo vivo) y lo abiótico (lo no vivo) en una región determinada.  

Pregunta de reforzamiento: identifica los elementos que componen el ecosistema ilustrado arriba.

-  Cadena alimentaria o cadena trófica:  conjunto de organismos a través de los cuales fluye la energía que se almacenó en los organismos autótrofos.  También, proceso de transferencia de sustancias nutritivas a través de las diferentes especies de una comunidad biológica.  Por último, corriente de energía y nutrientes que se establece entre las distintas especies de un ecosistema.  

¿Qué queremos decir con todo esto?  Imaginemos la siguiente cadena trófica:

Todo parte de una planta, ya que es un organismo autótrofo.  En el caso de una cadena trófica también se le llama productor.  El insecto se come la planta, siendo un consumidor primario.  La planta en si (su materia) como la energía contenida en ella, pasan al insecto.  El ratón se come al insecto, siendo un consumidor secundario.  El insecto en si, y su energía contenida, pasan al ratón, PERO el insecto tenía también la energía y la materia de la planta.  La cadena sigue hasta su fin, en este caso el águila.  Cuando el águila muera, entran en juego otros actores de las cadenas tróficas: los descomponedores.  El cadáver del águila será descompuesto por estos organismos, a menudo bacterias, a pedacitos más y más chicos, hasta que se obtengan nutrientes que se vuelven a incorporar al suelo gracias a mecanismos especializados.  Así, el ciclo puede repetirse una y otra vez como ya lo ha hecho a lo largo de los años.  Esto último puede relacionarse con lo que se aprende en física.  La materia no se crea ni se destruye.  Los descomponedores devuelven la materia que circuló por la cadena trófica, al suelo, que fue donde todo partió.  Pregunta de reforzamiento: ¿es importante devolverle al suelo los nutrientes, como por ejemplo, el nitrógeno?  ¿De qué molécula orgánica descompuesta podríamos obtener nitrógeno, y qué formará en el futuro?  

Entonces, ¿qué significan las flechas de una cadena trófica o alimentaria?  Más que significar quién se comió a quién, indican hacia dónde va el flujo de materia, y el flujo de energía.  Por último, tenemos como conceptos clave: productor, consumidor (1ario, 2ario, 3ario...), descomponedor, materia, energía.

-  Consecuencias de la bioacumulación de sustancias químicas nocivas: ¿qué pasaría si el insecto, o el ratón, come una sustancia tóxica?  De acuerdo a las flechas, esta se traspasaría a todos los niveles de la cadena trófica.  Esto nos llama a cuidar el medio ambiente en el que vivimos, ya que todo lo que pueda afectar a otro ser vivo afectará también a muchos otros.   Un claro ejemplo son los pesticidas.  

Clase 10 - Transporte a través de la membrana

Habíamos mencionado anteriormente que, entre las funciones de la membrana celular, estaban:
  -  Aislar a la célula de su medio ambiente, y a la vez comunicar a la célula con su medio ambiente.
  - Dejar pasar de modo selectivo distintas moléculas a la célula.  

Al igual como nosotros necesitamos inyectarle comida a nuestro organismo para poder vivir, la célula necesita de diversas moléculas para llevar a cabo las funciones en los organelos que ya revisamos.  ¿Cómo pasarán distintas moléculas a la célula?

Tipos de transporte a través de la membrana celular: 
  - Osmosis.
  - Transporte pasivo: difusión simple, y difusión facilitada.
  - Transporte activo.

1.  Osmosis:
    -  Se refiere exclusivamente al paso de agua a través de la membrana semipermeable.
    -  ¿En qué dirección se moverá el agua?  ¿Hacia dentro o hacia fuera de la célula?  DEPENDE.

Imaginemos que tenemos un recipiente con una membrana semipermeable, con agua y azúcar a ambos lados (A y B) (los puntos verdes son azúcar).  Como es semipermeable, lo que quiere decir que algunas cosas pasan, otras no, pasará el agua ya que el azúcar es muy grande.

En el caso (1), hay más azúcar al lado A que al lado B.  El agua se mueve del lado B al lado A, lo cual es representado con la flecha azul.  Es decir, de donde hay más agua a donde hay menos agua, o sea, de donde había menos concentración de azúcar hacia donde hay más concentración de azúcar.  Esto quiere decir que el agua se mueve a favor del gradiente de concentración (gradiente=diferencia).  Al principio, el lado A estaba hipertónico (hiper=mucho --> había mucha concentración de azúcar) con respecto al lado B.  De igual modo, el lado B estaba hipotónico (hipo=poco --> había poca concentración de azúcar) con respecto al lado A.  O sea, el agua se movió de hipotónico a hipertónico.  Al final del experimento, ambos lados son isotónicos con respecto al otro (iso=igual --> hay igual concentración de azúcar).  O sea, la osmosis funciona siempre a favor del equilibrio en un sistema (equilibrio biológico=homeostasis).

Ejercicio de reforzamiento:  En el caso (2), ¿qué lado tiene más concentración de azúcar, A o B?  El lado A, ¿es hipertónico, hipotónico, o isotónico, con respecto a B?  El lado B, ¿es hipertónico, hipotónico, o isotónico, con respecto a A?  ¿Hacia qué lado se mueve el agua?  ¿De hipertónico a hipotónico, o al revés?  ¿Cuál es el resultado final del experimento?

Ejercicio de reforzamiento: Explica por qué el experimento (3) no demuestra cambios al principio y al final.  Aplica las palabras antes revisadas de hipertonía, hipotonía, e isotonía.

¿Cómo podríamos aplicar esto a la célula?  Imaginemos que despertamos.  No comemos hace horas, por lo tanto nuestras células tienen poca azúcar dentro de ellas.  Tras desayunar, hay mucha azúcar en nuestra sangre producto de la digestión.  El azúcar entrará a las células, dándonos energía.  El azúcar se movió de donde había más azúcar a donde había menos azúcar, o sea, a favor del gradiente de concentración de azúcar.

¿Por qué tomar agua del mar nos hace mal?  El agua de mar tiene sal.  Si tomamos agua de mar, vamos a encontrar mucha sal en nuestra sangre.  La concentración de sal en la sangre será mayor que la concentración de sal en la célula.  Por ende, el agua saldrá de la célula hacia la sangre para intentar igualar las concentraciones (para llegar a la isotonía), haciendo que nos deshidratemos más rápidamente.

2.  Transporte pasivo 
    -  El transporte pasivo se distingue del transporte activo por no necesitar energía para suceder.  
    -  Existen dos tipos de transporte pasivo: la difusión simple, y la difusión facilitada.
    -  Difusión simple: ciertas moléculas pasan libremente a través de la membrana.  Es como osmosis, pero para moléculas que NO son agua (ya dijimos que el término osmosis se refiere exclusivamente al paso de agua a través de la membrana).

Recordemos la estructura de la membrana plasmática:

Por dentro es hidrofóbica, y por fuera es hidrofílica.  Pregunta de reforzamiento: ¿qué componente de la membrana logra que tenga este carácter anfipático?  O sea, ¿qué moléculas esperamos que puedan pasar libremente?  Las hidrofóbicas.  También, los gases (O2 oxígeno y CO2 dióxido de carbono), y pequeños iones (pese a que los iones son hidrofílicos, logran pasar por su pequeño tamaño).  

    -  Difusión facilitada:  ciertas moléculas que no pasan libremente a través de la membrana, sea por su tamaño o por su polaridad, ejemplo: glucosa y otros monosacáridos.  Con la ayuda de proteínas transportadoras que se encuentran en la membrana (ver diagrama de arriba) estas moléculas pueden pasar hacia dentro de la célula.  

3.  Transporte activo

  -  A diferencia del transporte pasivo, el transporte activo necesita energía para suceder.  Esta energía se encuentra en nuestro organismo en forma de ATP.   

   -  Ocurre para las moléculas que no pueden entrar a la célula por ningún tipo de difusión,  por su gran tamaño y por su polaridad que las hace ser hidrofílicas, ejemplo: sodio (Na), potasio (K), ión calcio (Ca+2).  ¿Cómo lo logran?  Con la ayuda de proteínas transportadoras que se encuentran en la membrana, las cuales forman bombas de transporte. 

    -  Clasificación de transporte activo según la dirección de entrada de las moléculas:

Caso (1): uniporte.  Entra una molécula hacia la célula. Ejemplo:  bomba de glucosa.

Caso (2): simporte.  Una molécula entra gracias al movimiento de otra molécula.  Es el caso del "+1". Ejemplo: dos sodio (2 Na+) y una glucosa.   

Caso (3): antiporte.  Una molécula entra, al mismo tiempo que otra sale.  Ejemplo: bomba sodio potasio.  Salen 3 sodio (3 Na+) por dos potasio (2 K+).

Tanto simporte como antiporte son casos de cotransporte, ya que involucran a más de una molécula.  

4.  Ejemplos biológicos varios

    -  Células vegetales:  la crenación si colocamos una célula vegetal en un medio hipertónico, es decir, con mucho soluto (soluto=lo que se disuelve en el solvente), el agua se moverá hacia afuera.  La planta se deshidrata y se seca.  Lo contrario es el fenómeno de la turgencia, donde la célula vegetal es colocada en un medio hipotónico.  El agua entra, hinchando la vacuola, pero la célula no se revienta al estar protegida por la pared celular.