Tema 02 - Alimentos y nutrientes

Una de las tres funciones vitales que definen a los seres vivos es la nutrición, el proceso por el que los seres vivos adquirimos del medio los elementos que necesitamos para que nuestras células puedan crecer, reparar sus partes dañadas y reproducirse para formar o reparar los tejidos.

Esos elementos que incorporamos del medio son los nutrientes, no los adquirimos normalmente libres y listos para su utilización por las células, sino que vienen en forma de lo que denominamos alimentos.

Existe una gran variedad de alimentos, sin embargo los componentes químicos de los mismos no son muy diversos. Alimentos tan diferentes como el pan o la leche, por ejemplo, comparten una serie de constituyentes que podemos diferenciar en:

• Sustancias inorgánicas: agua y sales minerales.
• Sustancias orgánicas: glúcidos, lípidos, proteínas y vitaminas.

Según su composición los alimentos pueden ser simples, si sólo tienen un tipo de estos constituyentes (como el azucar, que sólo tiene glúcidos) o compuestos, si tienen varios (como el pan, que tiene agua, sales, glúcidos, proteínas y lípidos)

Sustancias inorgánicas:

• Agua: es el compuesto mas abundante de los seres vivos, y es necesario para desarrollar las funciones vitales. A diario necesitamos compensar las pérdidas de agua (orina, sudor, heces y aire expirado), mediante la ingesta de aproximadamente dos litros de agua (1,5 bebido y 0,5 ingerido con los alimentos).

• Sales minerales: Cloruros, carbonatos, fosfatos... de sodio, potasio, calcio... aparecen en huesos y dientes, a los que dan consistencia. También aparecen en la sangre o las lágrimas.

Sustancias orgánicas:

• Hidratos de Carbono: Incluye los glúcidos, que son los mas sencillos, como la glucosa o la maltosa (dos glucosas juntas). Tienen sabor dulce y se llaman por ello azúcares. Los mas complejos, como el almidón, un gran polisacárido formados por muchas moléculas de glucosa, no son dulces. Sus funciones son fundamentalmente su uso como fuentes de energía en la respiración celular (ej glucosa) así como una función estructural (ej. quitina, celulosa...)
• Proteínas: son biomoléculas formadas por cadenas lineales de aminoácidos. Son muy versátiles e imprescindibles para el crecimiento del organismo y realizan una enorme cantidad de funciones:
• Estructural. Esta es la función más importante de una proteína (Ej.: colágeno)
• Contráctil (actina y miosina)
• Enzimática (Ej.: sacarasa y pepsina)
• Homeostática: colaboran en el mantenimiento del pH (ya que actúan como un tampón químico)
• Inmunológica (anticuerpos)
• Producción de costras (Ej.: fibrina)
• Protectora o defensiva (Ej.: trombina y fibrinógeno)
• Transducción de señales (Ej.: rodopsina).

• Lípidos: Son sustancias muy diversas constituidos principalmente por largas cadenas lineales (aunque hay algunas cíclicas) de carbono, hidrógeno y oxígeno entre otras. Tienen funciones diversas en los organismos vivientes, entre ellas la de reserva energética (como los triglicéridos), estructural (como los fosfolípidos de las bicapas) y reguladora (como las hormonas esteroides).
• Vitaminas: Son compuestos diversos que no necesitan un proceso digestivo ya que una vez ingeridos pasan directamente al torrente sanguíneo. Son imprescindibles para la vida, ya que al ingerirlos de forma equilibrada y en dosis esenciales promueven el correcto funcionamiento fisiológico. La mayoría de las vitaminas esenciales no pueden ser elaboradas por el organismo, por lo que este no puede obtenerlas más que a través de la ingesta equilibrada de vitaminas contenidas en los alimentos naturales. 

La manera de obtener los nutrientes es mediante el sistema respiratorio para el oxígeno, que pasa directamente a la sangre, y el sistema digestivo para el resto de nutrientes. La función básica del sistema digestivo es convertir los alimentos complejos (hidratos, proteínas...) en los nutrientes que son capaces de aprovechar nuestras células.

Una vez disponemos de esos nutrientes en el sistema digestivo, son enviados al sistema circulatorio y la sangre los distribuirá por toda la célula. Las células utilizarán esos materiales para sintetizar su propia materia y obtener su energía, siendo por lo tanto los combustibles celulares. 

Este proceso de combustión celular se denomina respiración celular y tiene lugar en las mitocondrias para ello se necesita el consumo de oxígeno.´

El proceso de respiración celular libera energía y como productos de desecho libera dióxido de carbono y agua. El dióxido de carbono será expulsado directamente desde la sangre a los alveolos pulmonares y de ahí al exterior. El agua será aprovechada y se conoce como agua metabólica.

El Sistema Respiratorio

El proceso de entrada y salida de aire a los pulmones se denomina Ventilación Pulmonar, y se produce por el movimiento de los músculos intercostales y el diafragma. En este proceso el aire procedente del exteror y cargado de oxígeno llega a los alveolos pulmonares y pasa a la sangre, que a su vez se libera del CO2 procedente del metabolismo celular.

En el blog tenéis una práctica para construir un modelo de "pulmón" con el que ver el proceso de ventilación pulmonar.

Aquí tenéis podeís ver de una manera divertida el proceso de la respiración.

La salud del sistema respiratorio está muy relacionada con el ambiente externo, dado que el aire que inspiramos presenta muchos tipos de partículas contaminantes, bacterias y virus. Por ello es fundamental un correcto cuidado del mismo. 

Los estornudos y la tos son mecanismos de defensa para el organismo, pero también son una vía de transmisión de los mismos.

Algunos microorganismos entran en el sistema respiratorio provocando diversos tipos de infecciones:

• Vías respiratorias superiores: resfriados (leves), gripe (graves)
• Vías respiratorias inferiores: En los conductos estas infecciones son mucho mas graves, provocando bronquitis (en los broquios) o el tejido pulmonar (neumonía)

El consumo del tabajo se asocia a determinados trastornos graves del sistema respiratorio, tales como la broquitis crónica (por las sustancias irrigantes del tabaco) o el cáncer de pulmón (el 90% de los casos son provocados por el tabaco).

El Sistema Digestivo:

Está formado por el tubo digestivo y una serie de glándulas anejas.

El paso de los alimentos por el tubo digestivo no es a velocidad constante, sino que en cada parte hay diferente velocidad de paso.

Las glándulas digestivas son los órganos encargados de la producción de los jugos digestivos y verterlos en el interior del tubo digestivo. Estos jugos contienen una serie de sustacias, entre ellas las enzimas digestivas, que son un tipo de proteínas que aceleran la transformación de las sustancias complejas en sustancias simples.

Se distribuyen 

• Repartidas por el tubo digestivo
• las gástricas en el estómago
• Las intestinales en el intestino
• Fuera del tubo digestivo
• Glándulas salivales: Tres pares, generan saliva
• Páncreas: Produce jugo gástrico y lo vierte al duodeno
• Hígado: Entre sus muchas funciones fabrica bilis en la vesícula biliar, que vierte al duodeno cuando circulan por él los alimentos ricos en grasas. (La bilis no tiene enzimas, actúa emuslionando las grasas)

El proceso de digestión tiene dos fases:

• Digestión Mecánica: 
• Triturado (dientes)
• Deglución
• Movientos:
• de mezcla (estómago)
• peristálticos (de avance por el tubo digestivo)
• Digestión Química:
• Boca: La amilasa inicia la digestión de los glúcidos.

• Estómago: Ácido clorhídrico y la pepsina. Se inicia la digestión de las proteínas. La mezcla final se llama quimo. 

• Intestino delgado: Descomposicón de las grasas y se completa la transformación de los glúcidos y proteínas

El paso de los nutrientes desde el tubo digestivo hasta la sangre sucede, fundamentalmente, en el intestino, y recibe el nombre de absorción intestinal.

Es un proceso relativamente  rápido, dado que la superficie interna del intestino presenta una gran superficie de contacto (más de 100 metros cuadrados), una gran longuitud (7-8 metros) y muchas microvellosidades que aumentan la superficie.

La mayor parte del agua y de las sales minerales se en el intestino grueso, donde además las bacterias intestianes fabrican algunas vitaminas útiles, que también son absorbidas por el colon.

Las heces son la parte del alimento que no podemos digerir, y por tanto no podemos absorberlo, como por ejemplo la celulosa, para la que no tenemos enzimas digestivas y no podemos transformarla en glucosa. Sin embargo como retiene mucha agua y estimula los movimientos intestinales, evita el estreñimiento.

Trastornos y enfermedades del sistema digestivo:

Muchos de ellos estan relacionados con malos hábitos alimentarios, pero también con una falta de higiene.

Los mas frecuentes son:

• Caries y otros problemas dentales: basicamente se deben a una mala higiene que permite el crecimiento bacteriano y la formación de placa, sarro y finalmente la rotura del esmalte dando lugar a las caries.

• Estreñimiento: La dificultad para evacuar las heces puede deberse a un bajo contenido en fibra de la dieta asociado al sedentarismo, lo que implica poca movilidad intestinal
• Diarrea: Un exceso de movilidad intestinal normalmente asociada a infecciones puede provocar heces líquidas y abundantes.

Aunque normalmente se incluyen en este apartado ciertos trastornos alimenticios como anorexia o bulimia, realmente su origen no está en el sistema digestivo, sino que son enfermedades de tipo nervioso.

Practica: Modelo de la ventilación pulmonar

En clase has aprendido cómo funcionan los pulmones y te han explicado cómo se llenan y vacían de aire gracias a los cambios de volumen de la caja torácica mediante los músculos intercostales y el diagragma.

Espero que la teoría te haya quedado clara, pero realmente eso de que los pulmones se llenan sólo porque tienen mas espacio disponible puede resultar complicado de entender, así que te propongo esta práctica, para la que necesitarás unos sencillos materiales y te llevará sólo un par de minutos.

MATERIALES:

Una botella de plástico transparente

(mientras más resistente mejor).

Un par de globos

Unas tijeras o un cutter.

Cinta adhesiva

PASOS A SEGUIR:

• Corta la botella por la mitad aproximadamente, dejando al menos la longitud de un globo

• Coloca uno de los globos dentro de la botella, por la boca de la misma, de modo que la boca del globo y la botella encajen

• Corta la boquilla de otro globo y colócalo tenso cerrando la parte inferior de la botella, que será el diafragma.

• Si lo ves necesario refuerza con cinta adhesiva los globos para que no entre nada de aire en la botella.

¿Qué crees que pasará si tiras suavemente del "diagragma" que has fabricado? Pues que el globo que ahora es un pulmón se hinchará. Aunque en la botella no puede entrar ni salir aire, al tirar del "diafragma" el globo tenderá a ocupar el volumen disponible. Así es como funcionan los pulmones, aumentan su volumen al aumentar el espacio disponible en la caja torácica, y de ese modo se llena de aire. 

Si la botella la cierras con el tapón verás que si tiras del diafragma no se llena el globo, pero sí que se estira. (Si la botella tiene una rosca de las que vienen con tapa que permite abrir y cerrar es muy fácil mostrar los dos procesos y el globo que hace de pulmón se sujeta mejor)

Os animo a intentarlo.

NOTA:
Recuerda que los restos del experimento son reciclables (y los tapones los recogemos en un proyecto solidario).

Tema 01 - El ser humano como animal pluricelular

Nuestro organismo está formado por células:

La célula es la unidad básica de la que están constituidos los seres vivos y es la unidad mínima capaz de realizar las tres funciones vitales que definen a un ser vivo: nutrición, relación y reproducción.

Dependiendo del número de células nos encontramos con dos tipos fundamentales de seres vivos:

        Organismos Unicelulares: Son aquellos formados por una única célula, como los paramecios, amebas o las bacterias.

       En algunos casos se agrupan formando colonias en las que cada célula mantiene su capacidad de realizar las tres funciones vitales y que además pueden separarse y vivir independientes de la colonia.

Colonia de Volvox

        

Organismos Pluricelulares: Son aquellos constituídos por un gran número de células, como los animales o los vegetales. En ellos las células han perdido la capacidad de sobrevivir de manera independiente y en ocasiones se han especializado. Todas las células del organismo trabajan juntas para conseguir que este sobreviva.

http://biologyland.blogspot.com.es/

                       
Elementos comunes de todas las células:
Todas las células del cuerpo humano, independientemente de su tipo, tienen en común tres elementos:

• Membrana plasmática: delimita el interior y el exterior de la célula, actuando como frontera entre el citoplasma y el medio extracelular.
• Citoplasma celular: Es el contenido de la célula exceptuando el núcleo. Está formado por una disolución ruca en agua en la que aparecen dispersos los diferentes orgánulos que realizan las funciones celulares.
• Núcleo celular: Es una estructura esférica situada mas o menos centrada en la célula y en cuyo interior se encuentra el material genético necesario para dirigir y controlar las funciones celulares. (Los glóbulos rojos carecen de núcleo)

Orgánulos de las células humanas:

https://biologiaparapsicologos.wordpress.com

El núcleo celular:

Es la estructura celular que mejor se aprecia, siendo de gran tamaño en comparación con otros elementos citoplasmáticos.

En él se distinguen los siguientes elementos:

                                  

• Envoltura nuclear: doble membrana atravesada por poros que permiten el intercambio de sustancias entre el núcleo y el citoplasma.
• Nucleoplasma: Es el contenido del núcleo, formado por una disolución en la que se encuentra la cromatina y los nucleótidos.
• Cromatina: Conjunto de filamentos de ADN que contienen la información genética o hereditaria de la célula y que se organizarán formando los cromosomas en el momento de la división celular. 
• Nucleólos: Zonas del núcleo de forma esférica en la que se fabrican los ribosomas.

Fabricación y secreción de proteínas:

Se realiza en dos fases:

           Transcripción: consiste en sintetizar en el núcleo de la célula una molécula de ARNm usando como molde un fragmento del ADN (gen).

           Traducción: el ARNm sale al citoplasma celular, se une a los ribosomas (libres o en el Retículo endoplasmático rugoso) y se va fabricando la proteína codificada por el ARNm.

Puedes ver un vídeo explicativo aquí.

La membrana y los intercambios con el medio.

La membrana plasmática sirve de frontera entre el interior y el exterior celular. Sin embargo para el correcto funcionamiento de las células es preciso que haya sustancias que entren o salgan de la célula, para lo que hay varios mecanismos.

        Moléculas pequeñas:

        Difusión: Algunas moléculas pequeñas como el oxígeno o el dióxido de carbono pueden atravesar la membrana libremente siempre a favor de gradiente de concentración.

          Un tipo especial de difusión es la ósmosis, en la que el agua entra o sale de la célula para igualar la concentración del soluto que no puede atravesar dicha membrana.

                                                   

       
        Transporte activo:

          Este transporte es contrario a la difusión y ocurre cuando las células necesitan introducir en su citoplasma moléculas que se encuentran en menor concentración en el exterior que en el interior. Este transporte requiere un gasto de energía para la célula.

                                                

        Transporte de moléculas de gran tamaño:

            Este tipo de transporte se produce para moléculas de gran tamaño que no pueden atravesar la membrana. En este caso lo que ocurre es que la membrana se invagina dando lugar a una vesícula de transporte con las moléculas a transportar y se denomina endocitosis. El proceso opuesto, de salida, se denomina exocitosis.

                                             

Podéis ver in vídeo de una fagocitosis (endocitosis) aquí.

Medio interno, medio externo y homeostasis:
Las células toman del medio los nutrientes que necesitan y liberan en él los desechos de su metabolismo. Los organismos unicelulares están directamente en contacto con el medio externo, mientras que en los organismos pluricelulares esto no ocurre, sino que rodeando sus células se encuentra un líquido extracelular que conforma el llamado medio interno del organismo.
Es la piel la que hace de barrera entre el exterior del organismo y el medio interno, de modo que se produce así una separación entre ambos.
El medio externo es muy cambiante (temperatura, humedad...) y el medio interno también debe cambiar constantemente para adaptarse a las necesidades de cada momento. No es lo mismo el medio interno de una persona en alta montaña que en mitad del desierto, por ejemplo. Sin embargo estos cambios se mantienen siempre dentro de unos límites, de modo que las condiciones sean adecuadas para la vida del organismo.

Se denomina homeostasis al conjunto de mecanismos por el que los seres vivos tienden a alcanzar una estabilidad en las propiedades de su medio interno.

                           
Las células especializadas y los tejidos:
Todas las células del cuerpo presentan un origen común, el cigoto, por lo que todas ellas tienen una organización general común. Sin embargo en los organismos pluricelulares encontramos un fenómeno de especialización celular, que consiste en que al dividirse en dos una célula, una de sus células hijas permanece inalterada pero la otra se modifica y se prepara una una función específica, con lo que en ocasiones incluso pierde la capacidad de división.
Entendemos que una célula está especializada cuando presenta las siguientes características:

• Hace un trabajo determinado.
• Desarrolla una forma característica (la necesaria para ese trabajo)
• Se producen cambios en su citoplasma (por ejemplo pierde orgánulos que no le son necesarios o desarrolla mas otros)

Dado que estas células especializadas se han visto tan modificadas y que no pueden realizar una vida independiente del organismo, se agrupan para mantenerse vivas y realizar mejor su función, constituyendo los llamados tejidos, que son agregados de células, por lo general del mismo tipo, que se organizan para realizar una función en común.

Encontramos diversos tipos de tejidos, pero todos ellos dentro de los cuatro tejidos básicos (epitelial, conectivo, muscular y nervioso).

                                      

               Tejido epitelial: También llamado epitelio, este tejido se encuentra recubriendo tanto la superficie externa del cuerpo como el interior y exterior de los órganos. Sus células se disponen una junto a otra como las piezas de un puzzle, sin apenas líquido extracelular.

                Hay dos tipos fundamentales dentro de este tejido:

                Epitelio de revestimiento: formado por una o varias capas de células. Tiene misión protectora.

                Epitelio glandular: Formado por células especializadas en la secreción. Forma glándulas.

               Tejido nervioso: Este tejido es el que conforma el encéfalo, médula espinal y los nervios. Su misión es recoger y transmitir las señales nerviosas.

               Las principales células nerviosas son las neuronas, con forma estrellada y prolongaciones cortas (dendritas) y largas (axón), y entre ellas se sitúan las células que proporcionan a esas neuronas soporte, defensa y nutrición, llamadas células gliales.

               Tejido conectivo: este tipo de tejidos se reparte por todo el cuerpo realizando funciones de unión y soporte. Encontramos tres tipos distintos:
                           Conjuntivo: Material de relleno en la capa profunda de la  piel y entre los órganos
                                               Un tipo especial es el tejido adiposo, con mucha grasa y pocas fibras
                           Cartilaginoso: Formado por cartílago, presenta una consistencia firme (sosten)
                                                 Esqueleto de los embriones, articulaciones de huesos, nariz, tráquea...
                           Óseo: Componente esencial de los huesos de los adultos. Es el tejido conectivo mas                                                    fuerte ya que contiene sales de calcio en su sustancia intrercelular.

               Tejido muscular: este tipo de tejido presenta fibras alargadas formando los músculos que mueven el cuerpo. Encontramos tres tipos distintos:

                         Muscular estriado esquelético: Músculos unidos a huesos. Contracción voluntaria.
                         Muscular estriado cardíaco: Músculos del corazón. Contracción involuntaria.
                         Muscular liso: Músculos que rodean los vasos sanguíneos, pared del estómago, útero,                                                 vejiga. Contracción involuntaria.

Órganos y sistemas de órganos:
Los tejidos se agrupan en órganos para realizar una nueva función que cada uno de ellos no puede realizar por separado. Un órgano puede estar formado por dos o mas tejidos diferentes.
Por ejemplo el estómago tiene tejido muscular, glandular, epitelial...

Al conjunto de órganos cuya actividad está estrechamente relacionada para desarrollar una función compleja se le denomina aparato o sistema de órganos.

Así un organismo estará formado por órganos y sistemas de órganos que funcionan de manera coordinada.

Niveles de organización de la materia viva:

http://www.areaciencias.com

Los niveles de organización de los seres vivos van desde el nivel mas sencillo (nivel atómico) hasta el mas complejo (Ecosistema). Pero hay que considerar que el todo es más que la suma de sus partes, es decir un nivel no es sólo la suma de los niveles inferiores, sino que además posee características que no existen en los niveles inferiores y que no proceden directamente de la suma de las propiedades de los niveles inferiores. Son propiedades nuevas que aparecen en cada nivel y a las que denominamos propiedades emergentes.