PROGRAMA DE BIOLOGÍA III

ELABORACIÓN DE UN MODELO CONSTRUCTIVISTA DE ESTRATEGIAS DE APRENDIZAJE BASADAS EN IDEAS PREVIAS PARA LA ENSEÑANZA DE LOS CONCEPTOS BÁSICOS DE LAS ASIGNATURA DE BIOLOGÍA III

1. INDICE

	Página
1.    Índice……………………………………………………………………………………	1
2.    Presentación.......................................................................................................	2
3.    Indicaciones para el uso de las estrategias... ....................................................	4
4.    Estrategias……………………………………………………………………………..	7
4.1 Estrategia de nutrición heterótrofa……………………………………..............	7
4.1.1 Nociones que contribuyen a la construcción de una representación aproximada a la científica   ..................................................................	7
4.1.2 Actividades experimentales sugeridas para abordar la enseñanza de la nutrición heterótrofa..................................................................................	27
4.1.3 Lecturas…............................................................................................	47
4.2 Estrategia de nutrición autótrofa………………………………………………...	62
4.2.1 Nociones que contribuyen a la construcción de una representación aproximada a la científica.....................................................................	62
4.2.2 Actividades experimentales sugeridas para abordar la enseñanza de la nutrición autótrofa …………………………...………………………….	68
4.2.3 Lecturas...............................................................................................	95
4.3 Estrategia de respiración…………………………………………………………	106
4.3.1 Nociones que contribuyen a la construcción de una representación aproximada a la científica.....................................................................	106
4.3.2 Actividades experimentales sugeridas para abordar la enseñanza de la respiración….....................................................................................	113
4.3.3 Lecturas.…............................................................................................	147
5.    Planeación de actividades de las estrategias de nutrición heterótrofa, nutrición autótrofa y respiración………………………………………………………………..	166
5.1 Planeación estrategia nutrición heterótrofa...................................................	166
5.2 Planeación estrategia nutrición autótrofa…...................................................	186
5.3 Planeación estrategia respiración…..............................................................	200
6.   Referencias bibliográficas....................................................................................	221
7.   Anexos……………………………………………………………………………….…	225
7.1 Silueta de Bart Simpson………………………………………………………….	225
7.2 Fotografías de organismos……………………………………………………....	226
7.3 Tabla de respiración…..………………………………………………………….	227
7.4 Silueta de Lisa Simpson………………………………………………………….	228

2. PRESENTACIÓN

Este libro se elaboró con la ayuda del Programa de Apoyo a Proyectos de Innovación Educativa (PAPIME). Como su nombre lo dice este programa fue creado por la UNAM, para favorecer a aquellos profesores e investigadores que conformando grupos de trabajo presentan proyectos para mejorar la docencia y el aprendizaje de los alumnos de bachillerato y licenciatura.

La cantidad de conocimientos que las Ciencias manejan actualmente puede resultar abrumadora para los estudiantes que se inician en su estudio. Ciertamente, los conceptos, leyes, teorías y reglas de la  Ciencia han sido  producto del trabajo de los seres humanos desde que estos se desarrollaron a partir de otros antropoides. Esta es una de las razones que hacen a la Ciencia compleja para los principiantes, otro factor que influye en el aprendizaje son los métodos de enseñanza, los que en la mayoría de los casos favorecen tan sólo la memorización y no toman en cuenta los conocimientos previos de los estudiantes, la complejidad de los conceptos científicos ni los avances actuales en la enseñanza de las Ciencias.

Este libro contiene una propuesta educativa que toma en cuenta a los estudiantes como centro del aprendizaje e incluye también algunos logros recientes en la enseñanza de las Ciencias.

Las ventajas que encontrarás al emplear este libro es que en las diferentes secciones se te presenta la información para que la conozcas y la estudies con anticipación o posteriormente la revises para reafirmar el conocimiento, o en el caso de que tu profesor decida ver una parte de las estrategias, tú puedes revisarlas íntegramente y lograrás mayores y más sólidos aprendizajes.

 Es conveniente que te familiarices con el contenido de las secciones para que puedas obtener mayores ventajas con el uso del libro. Este material fue creado pensando en los problemas de aprendizaje que tienen los alumnos de bachillerato en los temas tratados y puede ser de gran ayuda para que entiendas cómo se han construido los conocimientos en la Biología y cuáles son las características de esta Ciencia.

Los autores

3. INDICACIONES PARA EL USO DE LAS ESTRATEGIAS

La estructura general de las estrategias que se expone a continuación es una propuesta desarrollada para ayudarte en la comprensión de los conceptos de nutrición heterótrofa, nutrición autótrofa y respiración.

Las estrategias que conocerás están constituidas por siguientes secciones:

I. Nociones que contribuyen a la construcción de una representación aproximada a la científica. Aquí encontrarás lecturas que apoyan las temáticas propuestas

II. Actividades experimentales sugeridas para abordar la enseñanza de los tres conceptos que se complementan con videos.

III. Programaciones de las tres estrategias, las que constituyen programas       operativos que se sugiere aplicar.

IV. Otros materiales que utilizarás para la realización de las actividades como: las siluetas de Bart y Lisa Simpson, imágenes de organismos y una tabla que utilizarás en el tema de respiración.

A continuación se expone el contenido de cada una de las secciones que integran las estrategias.

I.      Nociones que contribuyen a la construcción de una representación aproximada a la científica.

En esta sección se presentan las ideas aceptadas por la comunidad científica. El conocimiento que adquirirás será el necesario para que puedas construir tu conocimiento acerca de los tres temas, no se pretende saturarte de conocimientos complejos y detallados, sino de proporcionarte la información necesaria que te permita comprender los tres procesos de manera básica y elaborar tu propio concepto de metabolismo.

Con el propósito de conocer los conocimientos previos que tienes sobre cada uno de los temas, tu profesor te dará instrucciones para realizar actividades que  permitirán negociar significados con los integrantes de tu equipo y también de tu grupo. Tu aprendizaje estará apoyado por lecturas escritas en un lenguaje sencillo. Las lecturas aunque no son extensas contienen la información necesaria para apoyar los contenidos de los temas; también presentan imágenes que refuerzan el texto. Además tendrás la posibilidad de consultar algunas páginas de Internet en las que podrás revisar estos contenidos a través de imágenes animadas y algunas con sonido.

II. Actividades experimentales.

En este apartado se encuentran las actividades experimentales de las  estrategias. Cada una de ellas presenta el número de práctica,  título, el cual está relacionado con el objetivo de esta. Enseguida se muestran las preguntas generadoras, cuya  finalidad es que des una explicación al problema planteado. 

Posteriormente se te pedirá elaborar la(s)  hipótesis sobre lo que esperas obtener de esta actividad. Más adelante se encuentra una breve introducción y los objetivos de la misma, los cuales deberás tomar en cuenta al momento de realizarla. Después, se enlista el material de laboratorio, las sustancias y el equipo requeridos. En la parte del procedimiento se explica detalladamente la forma en la que deberás realizarla. En esta parte será de mucha utilidad que de manera grupal vean el video sobre la metodología en cuestión. Al final se te pedirá dibujar, explicar e investigar algunos conceptos relacionados con el tema (secciones de: Resultados, análisis de los resultados y replanteamiento de las predicciones de tus hipótesis). Una herramienta que te servirá para la redacción de tus informes del trabajo de laboratorio es la bibliografía que se incluye al término de las actividades experimentales en la cual podrás apoyarte para responder lo que se te pide.

Videos sobre la metodología de las actividades experimentales

Los videos que contienen la metodología de las actividades experimentales son necesarios para evitar la pérdida de tiempo del profesor tratando de explicar la forma de manipular el material para realizar la práctica. Es muy recomendable que veas junto con tus compañeros de grupo estos videos ya que, además de facilitar  la comprensión sobre la manipulación del equipo y material de laboratorio, te muestran los resultados que se espera que obtengas.

III. Programaciones de las tres estrategias.

Esta programación es muy útil para poder administrar el tiempo del semestre y las actividades sugeridas, las ventajas que representa esta sección es que podrás  saber con anticipación la secuencia de las actividades y temas que se desarrollaran a lo largo del semestre y podrás planificar tu estudio de los temas y materiales, lo que te permitirá tener control sobre tu aprendizaje y te servirá como ejemplo para poder planificar tus estudios o actividades en otras asignaturas.

IV. Otros materiales que utilizarás para la realización de las actividades.

Como parte de la programación de las actividades se incluyen los momentos más adecuados para  utilizar estos  materiales.

4. ESTRATEGIAS

4.1  ESTRATEGIA DE NUTRICIÓN HETERÓTROFA

4.1.1 Nociones que contribuyen a la construcción de una representación aproximada a la científica.

Primera etapa. Características comunes a todos los seres vivos.

La nutrición es una función general de los seres vivos que consiste en la incorporación o elaboración de materia orgánica, la cual se emplea para: obtener energía,  realizar todas las funciones, constituir las estructuras celulares y sintetizar moléculas que participan en el metabolismo o moléculas de reserva.

Segunda etapa. Características anatómico-funcionales de la nutrición heterótrofa humana.

En este nivel es necesario comenzar con la nutrición heterótrofa que es la más conocida por los estudiantes, la cual se caracteriza por la incorporación de las substancias nutritivas (compuestos orgánicos) ya elaborados del medio exterior, este tipo de alimentación es característica de los animales macroscópicos, protoctistas unicelulares y hongos que se nutren por absorción de substancias orgánicas del medio.

Para el estudio de la nutrición heterótrofa se iniciará con la anatomía del aparato digestivo humano diferenciando las características morfológicas y fisiológicas generales de los distintos órganos que lo constituyen. El aparato digestivo comprende los dientes, el tubo digestivo y las glándulas anexas. Los dientes están formados por hueso y cemento cubiertos de marfil, sustancia porosa y dura,  el marfil está revestido por un material blanco muy duro, el esmalte.  Mientras que el hueso y el cemento son tejidos vivos, el esmalte y el marfil son sustancias inertes fuertemente mineralizadas (fosfato cálcico principalmente).  La dentadura del hombre adulto contiene 32 dientes.

El tubo digestivo comprende la cavidad bucal, la faringe, el esófago, el estómago, y los intestinos delgado y grueso. La cavidad bucal  está limitada en la parte delantera por los labios; a derecha e izquierda, por las mejillas y arriba, por el paladar óseo. Acoge a las arcadas dentarias y la lengua, órgano muscular muy móvil, cuya mucosa está tapizada por papilas sensoriales.

La faringe, o garganta, es un cruce donde coinciden el aparato digestivo y el respiratorio. Esta última puede obturarse mediante el juego de dos repliegues membranosos: por arriba, el velo del paladar, que al levantarse cierra los orificios de las fosas nasales y por debajo, la epiglotis, que al bajar, cierra el orificio de la laringe.

El esófago es un tubo simple cuya pared muscular presenta fibras longitudinales y  circulares. Esta misma estructura se encuentra en el estómago y en el intestino.

El estómago es una bolsa en forma de J, situada bajo el diafragma, ligeramente hacia la izquierda. Su mucosa contiene numerosas glándulas que segregan el jugo gástrico. Su extremidad inferior, más musculosa, está separada del intestino delgado por un esfínter, el píloro.

El intestino delgado es un tubo cilíndrico, de unos tres centímetros de diámetro por ocho metros de largo, y forma una serie de asas. En su mucosa hay numerosas glándulas que segregan el jugo intestinal. Tienen repliegues en forma de hojas, con la superficie recubierta de pequeños salientes, del tamaño de milímetros, las vellosidades. Hojas y vellosidades aumentan considerablemente la superficie de la mucosa intestinal.

El intestino grueso es un tubo irregular, de unos diez centímetros de diámetro y que alcanza un metro y medio de largo. Empieza por un fondo de saco con un órgano sin utilidad aparente, el apéndice, que al inflamarse origina la apendicitis. Después de dos acodaduras en la cavidad abdominal, termina en una porción lisa, el reto (del latín, rectum: algo en línea recta), que finaliza en el ano (del latín, anus: anillo).

El tubo digestivo también recibe los productos de secreción de las glándulas anexas: glándulas salivales, páncreas e hígado.

Las glándulas salivales en número de tres pares, son: las parótidas, que al inflamarse provocan las paperas, las submaxilares y las sublinguales producen enzimas. El páncreas, situado debajo del estómago, segrega el jugo pancreático en el intestino delgado, a algunos centímetros del píloro. El hígado situado debajo del diafragma, a la derecha, es la glándula más voluminosa del cuerpo. Su peso alcanza dos kilogramos. Su cara interna está  dividida en cuatro lóbulos por un hilio en forma de H, donde se insertan los vasos sanguíneos y las vías biliares. El hígado segrega la bilis, que se acumula en la vesícula biliar y se elimina hacia el intestino delgado.

La mucosa del estómago contiene numerosas glándulas tubulares, en las cuales se distinguen las células principales, productoras de enzimas y las células auxiliares, que se encargan de elaborar ácido clorhídrico.

La mucosa del intestino delgado se caracteriza, tal como ya se ha indicado, por sus glándulas que segregan el jugo intestinal y las vellosidades que aumentan considerablemente la superficie del intestino. El eje de la vellosidad lo ocupa un capilar linfático en forma de dedo de guante: el vaso quilífero central. El espacio intermedio alberga una red de capilares sanguíneos.

La estructura del páncreas produce enzimas (jugo pancreático) y en los islotes de Langerhans,  se produce insulina.

Tercera etapa. La anatomía y fisiología de algunos animales sirvió de modelo para conocer la anatomía y fisiología humanas.

En los invertebrados metazoos constituidos según un tipo de organización sencillo existen pocas oportunidades para la separación de áreas funcionales dentro de la cavidad digestiva. Morfológicamente un tracto digestivo completo se divide en intestino anterior, medio y posterior. El intestino medio es la principal región de digestión del alimento y absorción de los productos terminales de los procesos digestivos. Las áreas funcionales del intestino anterior son la cavidad bucal u oral en la que se abre la boca, la faringe y el esófago. La cavidad bucal y la faringe están relacionadas con la ingestión del alimento, y el esófago con su paso hacia el intestino medio. El esófago puede ser corto o largo, con relación al tamaño del animal y a la longitud del tubo digestivo en general, y es usualmente tubular.

Las células que tapizan el intestino anterior son frecuentemente ciliadas o mucosecretoras; aunque cualquier digestión que tenga lugar en este tramo lo es en virtud o bien de enzimas descargadas por las glándulas salivales por medio de sus conductos que se abren aquí, en el intestino anterior, o en virtud de enzimas producidas por células de ubicación posterior y que son regurgitadas a esta región. El intestino anterior está relacionado con la ingestión del alimento, el intestino medio consta normalmente de la tercera y cuarta áreas funcionales: el estómago y el intestino. A menudo la masa alimenticia mientras permanece en el estómago está sujeta a agitación. La mayor parte de la digestión tiene lugar en el estómago y en el intestino, y ambos pueden ser también responsables de la absorción de los productos finales; después de ésta los residuos entran en el intestino posterior, que puede poseer un colon y un recto como áreas funcionales terminales. Es aquí donde se forman las heces, básicamente, por absorción del agua. Proceso que resulta muy importante para las especies terrestres, si exceptuamos a los que se alimentan de fluidos, ya que la conservación del agua es una de las principales demandas que este ambiente impone; también lo es para los animales sésiles o de hábitos sedentarios o para aquellos que viven dentro de caparazones para los cuales el ensuciar el agua con heces fluidas o particuladas sería desastroso. Una vez separadas el agua, las heces son eliminadas por el ano, que es la abertura posterior del tracto digestivo.

Los términos anatómicos usados en la morfología de los invertebrados son a menudo los mismos que se usan en la morfología de los vertebrados.  Lo cual no implica necesariamente una homología estructural ni tampoco, ciertamente funcional.

En algunas especies la cavidad corporal secundaria proporciona espacio suficiente para que una o varias de estas regiones puedan aumentar de tamaño, convirtiéndose en una región de almacenamiento temporal, molido o maceración, o bien en una región especializada para la digestión y la absorción. Por ejemplo, la región posterior del esófago puede crecer transformándose en una bolsa sencilla llamada buche o en un número de expansiones en las que se puede almacenar la comida o proyecciones intestinales para incrementar el área de absorción

El tracto digestivo presenta modificaciones que en cierta medida pueden correlacionarse con las costumbres alimenticias. La modificación más común es en longitud, ya que es más largo – en una región u otra -, en los que se alimentan de fluidos que no en aquellos que se alimentan de sustancias sólidas.

La captura, ingestión, digestión y absorción del alimento tendrían poco valor para un animal si los productos absorbidos no contribuyeran a las necesidades corporales. Esta contribución se puede efectuar mediante la provisión de compuestos ricos en energía que la célula puede transformar en energía química, de compuestos indispensables para la construcción o restauración de componentes o productos celulares o de aquellos que tienen grupos radicales que el animal no puede sintetizar y que sin embargo son indispensables para la biosíntesis, o bien compuestos esenciales para el funcionamiento de su maquinaria química. Un animal puede depender íntegramente de su dieta en cuanto a la satisfacción de todas y cada una de sus necesidades, o bien puede ser capaz de elaborar por sí mismo algunos compuestos a partir de precursores adecuados. Los cambios químicos anabólicos (constructivos) o catabólicos (destructivos) constituyen el metabolismo, el conjunto de transformaciones energéticas que tienen lugar en un ser vivo. En términos generales el ambiente constituye la fuente última de todos los reactantes, gaseosos, acuosos u orgánicos, aunque en el caso de los animales los productos orgánicos deben ser aportados por el alimento ingerido ya que lo heterótrofos son incapaces de sintetizarlos a partir de gases y minerales.

Los requerimientos nutritivos de los animales son bastante diferentes, tanto cuantitativa como cualitativamente, en las distintas etapas de su vida y en distintas fases de actividad. La energía sufre una gran demanda en períodos en los que se realiza un ejercicio muscular y en las etapas de crecimiento activo; su demanda disminuye cuando el organismo es ya maduro y se halla en reposo. Los compuestos estructurales son más necesarios que nunca cuando el organismo se halla en período de reproducción y crecimiento activo, disminuyendo su demanda cuando el animal ha terminado su crecimiento y se halla inactivo en cuanto a la reproducción.

La capacidad de obtener todo el valor nutritivo de los alimentos por parte de un organismo dado depende de su dotación enzimática que intervienen en las reacciones catabólicas. Ésta, a su vez, depende de su dotación genética, que determina si podrá o no sintetizar estas enzimas. Pero incluso poseyendo las enzimas adecuadas para que dentro del organismo tengan lugar las reacciones, éstas pueden ser demasiado lentas para producir los metabolitos necesarios en cantidades adecuadas a sus necesidades, debiéndose subsanar la deficiencia de forma externa. Pero además las necesidades varían con las condiciones vitales, y mientras que en un momento dado una cantidad puede ser suficiente, puede ser en otro totalmente insuficiente, en cuyo caso se hace imperativa la dependencia de una fuente externa.

La digestión química del alimento en vertebrados e invertebrados, se realiza con intervención de las enzimas; las cuales pueden ser liberadas en las células en donde se sintetizan y actuar por tanto de manera extracelular, o bien pueden formar parte de, o estar unidas a, estructuras celulares actuando por tanto intracelularmente. Las enzimas extracelulares pueden ser descargadas en el ambiente que rodea al animal y operan o bien a alguna distancia de él o bien directamente sobre el alimento en las proximidades de la boca, de tal forma que aquél es parcial o totalmente predigerido antes de ser ingerido (digestión extracorpórea); pero también pueden ser liberados en una cavidad interna especial o enterón, y actuar sobre el alimento que ha sido ingerido, y, en muchos casos, macerado o triturado (digestión luminar). La digestión intracelular puede tener lugar en cavidades intracelulares, las vacuolas, o en asociación con algunos gránulos citoplasmáticos o con las membranas. La membrana plasmática es precisamente una de las estructuras a las que se hallan asociadas las enzimas digestivas, y puesto que se halla en contacto directo con el ambiente exterior, se puede considerar a sus enzimas como de acción extracelular. Por otra parte ya que forman parte de la estructura de la membrana celular es igualmente justificado considerarlas como de acción intracelular.

Es en este aspecto más que en cualquier otro en el que se diferencia la digestión de los invertebrados de la de los vertebrados, ya que excepto en el caso de la digestión membraria – que es un fenómeno universal – la digestión en estos últimos es luminar.

Cuarta etapa. Evolución histórica del conocimiento sobre el aparato digestivo y las funciones asociadas

En esta etapa se presenta una breve reseña sobre la evolución histórica del conocimiento del aparato digestivo, con la finalidad de que el profesor identifique las ideas principales que prevalecieron en distintas épocas históricas y que representaron verdaderos obstáculos para el desarrollo de dicho conocimiento. A su vez, este recorrido permite también reconocer los conceptos e ideas más relevantes que ayudaron a superar tales obstáculos.   

El conocimiento del aparato digestivo en la época griega. El registro más antiguo que se tiene sobre las concepciones relacionadas con el conocimiento del aparato digestivo y su función corresponden a las ideas de Anaxágoras de Clazómenes (500-428 a.C.) quien creía que los alimentos contenían semillas capaces de producir sangre, músculos y huesos; y que era durante el proceso de digestión cuando estas semillas se organizaban.

Por otro lado, alrededor del siglo IV a.C. y a pesar de la prohibición de realizar disecciones en humanos, se propusieron nombres para las distintas partes del aparato digestivo y en particular para los intestinos; se conocían las glándulas linfáticas pero no se sabía con precisión en qué consistía la función glandular, al respecto se pensaba que dicha función era la de secretar agua en el cuerpo (Ledesma, 2000).

Platón pensaba que en el corazón y en el estómago había fuego; ideas que perduraron durante varios siglos. Según él, la ebullición abdominal disolvía los alimentos y los empujaba hacia los conductos de las venas, para que fluyeran por ellas como en un conducto (Ledesma, 2000).

Por su parte Aristóteles (384–322 a.C.) creía que la digestión resultaba de la cocción de los alimentos, según este filósofo, algunos alimentos eran cocidos en el estómago por medio del calor animal y producían vapores que subían al corazón, el cual los transformaba en sangre y a través la circulación de este fluido los nutrientes eran llevados al cuerpo para ser asimilados. Casi 200 años después, Galeno (129–200 d.C.) atribuyó al estómago un poder especial de transformación, pero cometió el error de mezclar las conclusiones derivadas de la disección de animales herbívoros con las realizadas en carnívoros, lo que generó una imagen confusa sobre su descripción del aparato digestivo. (Magner, 2002).

Edad media. Durante esta época se formó la escuela médica de Salerno en Italia, cuya característica fue el retorno a la disección anatómica. Estos estudios sirvieron de fundamento para las investigaciones hechas en los siglos posteriores.

Siglos XVI y XVII. A partir del renacimiento se realizaron magnificas representaciones sobre animales y, aunque aún estaba prohibido, se llevaron a cabo numerosas disecciones de cadáveres humanos con lo que se perfecciono el conocimiento sobre el cuerpo humano, en especial sobre el aparato digestivo. Así, Leonardo da Vinci (1452-1519), advirtió que la función del diafragma consistía en separar las partes espirituales del organismo (representadas por el corazón, pulmones, etc), de las partes materiales (constituidas por el estómago e intestinos) (Rattray, 1964).

Van Helmont (1579-1644) por su parte, creía que todos los fenómenos fisiológicos podrían explicarse en términos de procesos químicos, de esta manera propuso que la digestión involucraba una serie de conversiones que transformaban el alimento en carne. Sugirió también que en el corazón existían diminutos poros que permitían el paso del espíritu vital del lado izquierdo al derecho y que en este intercambio, cada parte del cuerpo tomaba los nutrientes que necesitaba de la sangre y los transformaba en sus propios componentes especiales. Aunque mucha de la información de esta teoría era confusa, el énfasis entre fermentación y procesos fisiológicos que Van Helmont puso, fue de un valor considerable para otros investigadores como Franciscus Sylvius (1614-1672), quien sostenía la idea de que la digestión podría explicarse como una fermentación en la que estaban involucradas la saliva, la bilis y los jugos pancreáticos y gástricos (Magner, 2002).

Otro investigador de la época; Santorio Santorio (1561-1636) realizó estudios en los que determinó el peso del alimento antes y después de comer, observando que el peso de sus excretas era inferior al de los alimentos ingeridos, motivo por el cual dedujo que su cuerpo debía de eliminar sustancias en forma gaseosa. René Descartes (1596-1650) consideraba al cuerpo de todos los animales, incluyendo al del hombre, como una máquina. Para Descartes, el alimento se digería en el estómago y el intestino, se absorbía en las venas y se transportaba como quilo hasta el hígado donde se transforma en sangre, lo que comparó con la elaboración del vino (Ledesma, 2000).

Finalmente Nehemiah Grew (1628-1712), al estudiar cadáveres de animales, pudo observar la acción peristáltica del intestino y estudiar los villi de la mucosa (Magner, 2002).

Siglo XVIII. Durante este siglo, al igual que en el anterior, la fisiología permaneció como una mezcla de especulación y experimentación, pero la revolución en química proveyó nuevas formas de comprensión de la digestión, y del papel que jugaba la circulación de la sangre en este proceso. Para Hermann Boerhaave (1668–1738), la desintegración del alimento era puramente mecánica, incluso negó que el jugo gástrico realizara reacciones químicas y que fuera un ácido. Consideraba que la digestión era una consecuencia de los constantes movimientos del tubo digestivo y sus órganos anexos que hacían que los alimentos quedaran triturados y solubles. A finales de este siglo, el modelo más adecuado que se utilizaba para describir un cuerpo vivo, era el de una máquina de vapor. Antoine Laurent Lavoisier (1743-1794) decía que el cuerpo estaba gobernado por tres reguladores fundamentales: la respiración, la transpiración y la digestión, y que esta última devolvía a la sangre lo que perdía con los dos primeros (Ledesma, 2000)

En 1750 René Antoine Ferchault Réaumur (1683-1757) en su curiosidad por saber cómo eran digeridos los alimentos, enseñó a su mascota, un halcón, a tragar una pequeña jaula metálica que contenía un pedacito de carne, después de un tiempo considerable Reaumur la sacaba con ayuda de una cuerda, observando que la carne había cambiado: su color había desaparecido y la apariencia era hinchada y suave. Repitió el experimento dos veces más, dejando la jaulita por más tiempo. Observó que después de una hora, la carne estaba totalmente suave; y después de tres horas parecía una sopa grumosa. Reaumur nunca supo que había atestiguado el trabajo de las enzimas, pero sus experimentos le dieron a otros científicos la primera pista sobre su existencia y acción sobre los alimentos (Tanacredi y Loret, 2000).

Basado en los estudios de los jugos pancreáticos y gástricos realizados por Regnier de Graaf y Réaumur, el italiano Lázaro Spallanzani (1729-1799), con el propósito de determinar si las observaciones hechas con otros animales eran aplicables a los seres humanos, valientemente tragó jaulas de alambre muy pequeñas dentro de las cuales había colocado esponjas atadas a una cuerda. Después de que las esponjas habían tenido el tiempo necesario para absorber el jugo gástrico, las sacaba y las estudiaba observando lo que había pasado. En otras ocasiones, estrujaba la esponja de tal manera que podía estudiar el efecto de los jugos recolectados sobre porciones de alimento. Spallanzani encontró que este jugo era capaz de digerir las porciones magras de la carne (proteínas) (Baker & Allen, 1986).

En otro momento, deglutió un saquito de lienzo, dentro del que había 4.5 g de pan masticado. Al ser expelido por el ano el saquito entero al cabo de 23 horas, observó que no contenía pan. Posteriormente deglutió esferitas de madera y tubos metálicos con las extremidades tapadas con gasa, dentro de los cuales colocaba distintos alimentos, pero no pudo observar lo que pasaba con ellos debido a que en vano intentó vomitarlos, ya que según comentó, que por mucho que fuera su curiosidad, mucho mayor era su repugnancia (Rattray, 1964).

En 1777, Edward Stevens publicó una tesis que contenía una de las primeras descripciones del aislamiento de jugo gástrico humano en estudios in vitro de sus propiedades. Stevens realizó sus experimentos con la ayuda de un hombre que se ganaba la vida tragando y regurgitando piedras para divertir a los espectadores. Después de 20 años ganándose la vida con esos actos, Stevens llamó a este hombre para indagar la acción de los jugos digestivos pidiéndole que tragara esferas perforadas de plata cuyo contenido eran diferentes tipos de alimentos (Magner, 2002).

Siglo XIX. El conocimiento sobre el aparato digestivo y su funcionamiento, específicamente en relación a la digestión, fue notable este siglo cuando en 1822  William Beaumont (1785-1853), médico, atendió a un hombre gravemente herido por la descarga accidental de una escopeta. Debido a un gran orificio que se formó en el costado izquierdo de este hombre, Beaumont tuvo la oportunidad de estudiar durante aproximadamente 11 años las funciones del estómago, ya que pudo observar in vivo el interior del estómago.  Entre las observaciones más relevantes suscitadas en este caso se puede mencionar que se pudo apreciar que el estómago secretaba o producía un líquido que transformaba radicalmente la carne, además se observó que en el estómago se presentaban movimientos que transportaban los alimentos contenidos en él. También se descubrió que frente a cualquier tipo de stress el funcionamiento del estómago se veía afectado, ya que el jugo gástrico no fluía de manera normal. Estas observaciones representaron un punto clave para comprender que el proceso digestivo se efectuaba también en otras partes del aparato digestivo y que en él actuaban diversos factores que convertían los alimentos, o sus productos, en elementos asimilables por el organismo.

Más tarde, en 1830, Jöns Jacob Berzelius (1779-1848) argumentó que los factores involucrados en la transformación de los alimentos podían ser agentes químicos que llevaban a cabo miles de reacciones químicas en los organismos, estos factores se denominaron fermentos y fueron interpretados como sustancias de composición desconocida que a determinada temperatura mediaban distintas transformaciones químicas, incluyendo aquellas que  liberaban energía como calor u otra forma utilizable por el organismo (Coleman, 1983).

Posteriormente, en 1876,  Willy Kuhne acuñó el término enzima para denominar a los fermentos. Este investigador afirmó que las enzimas actuaban como catalizadores produciendo una reacción química, con lo que más tarde comprendió que los jugos digestivos eran también catalizadores porque causaban una reacción que rompía el alimento en formas más simples. La pepsina fue la primera enzima extraída del tejido animal, específicamente de las paredes del estómago, más tarde se descubrió que las enzimas podían trabajar fuera de la célula viva, haciendo más útil su estudio para los científicos (Tanacredi y Loret, 2000).

Un avance fundamental de este siglo que tuvo impacto no solamente en el conocimiento del funcionamiento del aparato digestivo sino de la fisiología en general, fue la postulación de la teoría celular que permitió reconocer que la célula es la unidad de estructura, origen y función de todos los seres vivos, con lo que se afirmó que está era el último asiento de la actividad metabólica. Considerando este conocimiento, en el campo de la fisiología Claude Bernard (1813-1878) fue uno de los primeros investigadores que reconocieron que los seres vivos se organizaban como un todo funcional y que este funcionamiento dependía en su totalidad de las interacciones de las células con los líquidos corporales que las bañaban. En relación al conocimiento de la digestión, Bernard escribió una tesis sobre la participación del jugo gástrico en este proceso, llevando totalmente al plano celular dicha explicación. Sus aportaciones más relevantes fueron la digestión pancreática y la función glicogénica del hígado. En relación al primer proceso, se descubrió que el jugo pancreático contenía más de una enzima, mismas que actuaban sobre las proteínas, carbohidratos y grasas. Sobre el segundo proceso demostró que los carbohidratos se almacenaban como glicógeno en el hígado y que este órgano era capaz de liberar azúcar directamente a la sangre. Los trabajos de Bernard marcaron el inicio de una era en la que la bioquímica sustituye casi en su totalidad a la anatomía como la llave metodológica de la investigación fisiológica (Gardner, 1965). 

Quinta etapa. En la digestión participan fermentos o enzimas.        

La digestión es un conjunto de fenómenos mecánicos y químicos, que se desarrollan simultáneamente a lo largo de todo el tubo digestivo. Los alimentos, triturados por los dientes e impregnados de saliva, forman con rapidez una pasta blanda, que por acción de la lengua se moldea como una bola, el bolo alimenticio, y se desliza hasta la faringe.

El paso a través de la faringe, o  deglución que puede presentar, sin embargo, algunos <<fallos>>. Así, cuando <<se ha atravesado>> una migajita de pan o una gota de líquido, penetra en la tráquea, y el contacto del cuerpo extraño con la mucosa respiratoria determina, por vía refleja, una tos violenta que lo rechaza a la faringe o, a veces, a las fosas nasales.

Cuando el bolo alimenticio llega al esófago, el contacto con la mucosa desencadena por vía refleja: la contracción de las fibras musculares circulares situadas por detrás del bolo; la relajación  de las fibras musculares circulares, colocadas por delante. A medida que el bolo se desliza, el punto excitado se desplaza, de manera que se propaga lentamente una onda de contracción muscular desde la faringe hasta el estómago. Este tipo de movimiento, calificado como peristáltico (del griego, stalticós: comprimir, y peri: alrededor), es común a todos los segmentos del tubo digestivo.  En el estómago y el intestino  delgado el acto digestivo es esencialmente químico, por lo que los fenómenos mecánicos están totalmente subordinados a la acción de los jugos.

A medida que los alimentos llegan al estómago, éste distiende sus paredes, sin llenarse por completo en ningún caso, algunos momentos después de la comida, empiezan los movimientos peristáltico, a razón de una onda de contracción cada quince segundos. Los alimentos avanzan así a lo largo de las paredes del estómago. Cuando terminan las transformaciones químicas, el píloro se relaja periódicamente, y vierte a ráfagas sucesivas, al intestino, una papilla lechosa, el quimo.

El papel de la movilidad intestinal es mezclar los alimentos con las enzimas digestivas, promover el contacto del quimo con las células de absorción e impulsar el remanente no absorbido hacia el colon.

El quimo experimenta en el intestino delgado la acción del jugo pancreático, de la bilis y del jugo intestinal. Movimientos de amasado favorecen los fenómenos químicos, mientras que los movimientos peristálticos aseguran el avance del conjunto.

 Los alimentos que han sido digeridos químicamente son retenidos a la altura de las vellosidades del intestino delgado ahí se realizará su absorción, mientras que los residuos que no pudieron ser digeridos pasan al intestino grueso. Una válvula que sólo deja pasar en un sentido, situada a la entrada de este último, se opone a que se produzca retorno alguno.

 El contenido del intestino grueso no está constituido únicamente por los alimentos no digeridos. Comprende, además, elementos de la bilis, productos de secreción del intestino y células descamadas  de la mucosa.

En esta fase del acto digestivo, de nuevo adquieren importancia los fenómenos mecánicos. Son esencialmente los movimientos peristálticos, cuando sólo está llena la mitad del intestino grueso, cada onda peristáltica conduce determinada cantidad de materia no digerida hacia el recto, normalmente vacío.

El contacto que ello supone, origina la sensación de necesidad (ansia de defecación). La defecación es un acto reflejo, por el que se relaja de manera voluntaria el esfínter anal, a la vez que se produce la contracción de las vísceras, como consecuencia del esfuerzo abdominal.

Digestión química. Durante la digestión se rompen los componentes del alimento hasta formar aminoácidos, monosacáridos, glicerina y ácidos grasos, los cuales pueden ser absorbidos por el epitelio intestinal. Para que la digestión ocurra es necesaria la secreción de enzimas, agua y electrólitos en distintas proporciones. Las enzimas digestivas son secretadas por glándulas anexas al tubo digestivo – glándulas salivales, páncreas e hígado – y por las células de la mucosa del tubo digestivo. En la boca, la secreción salival inicia el proceso digestivo por acción de la amilasa, que actúa sobre los almidones. El estómago sirve de reservorio para el alimento e inicia la digestión de las proteínas por acción de la pepsina, que es secretada por las células principales y que se activa con el ácido clorhídrico. En el duodeno, las secreciones del páncreas, del hígado y de las glándulas intestinales llevan hasta su fin el proceso digestivo.

El jugo gástrico, elaborado por las glándulas de la mucosa del estómago, contiene ácido clorhídrico libre y dos enzimas: quimosina y pepsina.

El jugo pancreático, de reacción alcalina, es el más importante de los jugos digestivos. Contiene una amilasa, una lipasa, dos proteinasas y una peptidasa.

En realidad, la bilis, secretada por el hígado y almacenada en la vesícula biliar, no es un jugo digestivo, porque no contiene enzima. Pero por su contenido de sales biliares (gliococolato y taurocolato sódicos) desempeña un papel esencial en la digestión y absorción de las grasas.

El jugo intestinal, elaborado por las glándulas de la mucosa del intestino delgado, es un líquido alcalino que contiene principalmente moco y lleva, en cantidades variables, tres enzimas que digieren azucares y dos que digieren proteínas. La mucosa del intestino grueso no elabora ninguna enzima, pero contiene una flora bacteriana  muy rica, cuyo papel digestivo se debe tener en cuenta.

Sexta etapa. Anatomía microscópica.

La digestión se completa en el duodeno por acción de las enzimas pancreáticas y de las secretadas por la mucosa del intestino; los productos terminales de la digestión – aminoácidos, monosacáridos y triglicéridos – son absorbidos por las células de las vellosidades intestinales. En el colon del intestino grueso se absorben agua y sales; además en el colon se almacenan los residuos de la digestión, hasta que son expulsados al exterior. Algunos otros componentes de la dieta, como el agua, las sales minerales y las vitaminas, se absorben como tales en diferentes partes del intestino.

Las células intestinales tienen en su borde interno un sistema de microvellosidades –borde en cepillo– cubiertas por mucopolisacáridos, entre los cuales se encuentran embebidas las enzimas digestivas que son secretadas por las células intestinales; estas enzimas llevan a cabo las últimas etapas de la digestión. Algunas enzimas digestivas sintetizadas en las células epiteliales  están unidas a la membrana plasmática

La absorción del agua, sales minerales y alcohol empieza en el estómago, ocurre lo mismo para numerosos venenos y para los medicamentos administrados por vía bucal.

Séptima etapa. La sangre y la alimentación.

Los alimentos que ingerimos están formados fundamentalmente por tres clases de sustancias: lípidos, carbohidratos y proteínas. Estas sustancias son sometidas en el tubo digestivo a diversos procesos que las transforman en moléculas pequeñas que atraviesan las células del epitelio intestinal, penetran en la circulación sanguínea o linfática, salen después de la circulación y pasa al líquido intersticial, de donde son tomadas por las células del organismo

El agua, las sales minerales, la glucosa, los aminoácidos y el alcohol pasan de las células de las microvellosidades a los capilares sanguíneos. 

Los productos resultantes de la digestión de las grasas se unen a las sales biliares, originando un complejo que pasa al vaso quilífero central de la vellosidad,  que forma parte de la  vía linfática.

Para el proceso de absorción -paso de alimentos y agua desde la luz intestinal hasta la sangre- es fundamental un adecuado aporte sanguíneo del tubo digestivo. Los aminoácidos, moléculas constitutivas de las proteínas, deben ser liberados durante la digestión para alcanzar la circulación. De las proteínas y los aminoácidos que llegan al intestino delgado, solamente el 10% escapa a la absorción intestinal.

Se ha demostrado que el transporte de algunos aminoácidos ocurre en contra de un gradiente de concentración lo que indica que se trata de un transporte activo utilizando un transportador. Se absorben aproximadamente el 98% de las proteínas ingeridas; las que aparecen en las heces son producto de las bacterias del colon y no tienen su origen en la dieta. Los monosacáridos glucosa y galactosa también se absorben acoplados a un acarreador.

Octava etapa. La célula su alimentación, digestión y absorción.

La digestión intracelular tiene lugar cuando el material alimenticio es atrapado por una célula en cuyo interior es desintegrado químicamente. El término <<endocitosis>> ha sido propuesto como un término que designa a los distintos modos en que el material puede ser tomado por las células, en oposición a <<exocitosis>> que designa los modos varios en que es eliminado por éstas. Por tanto la endocitosis incluye tanto el englobamiento de partículas materiales por fagocitosis como el de macromoléculas que llamamos pinocitosis. Quizá la distinción más válida que puede hacerse con respecto a estos dos modos de endocitosis sea con respecto al tamaño de las partículas atrapadas. Si éstas tienen un tamaño superior al  coloidal, con diámetros superiores a los 100 nanómetros (mn) se trataría de fagocitosis; en cambio si son de dimensiones coloidales, con diámetros menores de 100 nm, se trataría de pinocitosis. La endocitosis constituye un preliminar necesario para la digestión intracelular, aunque los materiales que pueden ser atrapados no son necesariamente nutritivos. Así por ejemplo, la mayoría de células fagocitarias son capaces de tomar carmín en polvo, grafito, y partículas pequeñas de poliestireno con la misma rapidez con la que toman alimento. El englobamiento de tales sustancias, debido a que no son digeribles, tienen positivas ventajas de cara al estudio de la digestión intracelular ya que se puede seguir el curso de las vacuolas marcadas  de este modo por medio del microscopio y de los cambios físicos y químicos más aparentes que tienen lugar durante el curso de la digestión.

El origen y la naturaleza de las enzimas que producen cambios en el material nutritivo fagocitado o pinocitado presentan muchos problemas, que en gran parte no están todavía resueltos. Existen dos posibilidades en cuanto al origen de las enzimas presentes: (1) que se encuentren presentes de una forma continua en el citoplasma y difundan a través de la membrana de la vacuola poco después de su formación o (2) que sean sintetizados solamente como respuesta a la presencia de alimento dentro de una vacuola; con respecto a la primera posibilidad es difícil de reconciliar la presencia en el citoplasma de enzimas digestivas libres y la integridad de la célula, a menos que estén inhibidos o apartados de alguna forma con respecto a los constituyentes celulares que de otro modo constituirían sustratos tan adecuados para su actividad como los nutrientes propiamente dichos. ¿Y si no existe ninguna barrera para su actividad, cómo es que la célula no está continuamente dirigiéndose a sí misma? Con respecto a la segunda posibilidad es difícil pensar cómo la célula es capaz de responder de golpe con toda la batería de enzimas hidrolíticas necesarias para digerir la variedad de compuestos químicos complejos que sabemos que engloba.

Las evidencias de que disponemos hasta el presente nos sugieren que la primera de las dos posibilidades anteriormente mencionadas es la más aceptable y que las células deben tener, sin duda, un stock de enzimas capaces de catalizar las reacciones de hidrólisis que llevan a cabo, la desintegración de los distintos tipos de moléculas. Estas enzimas se hallan contenidas dentro de una membrana y constituye una categoría de partículas submicroscópicas que han recibido el nombre de lisosomas. Estas partículas pueden ser aisladas a partir de células por medio de la homogeneización y de la centrifugación diferencial y una vez rotas analizadas con respecto a su contenido enzimático. Tales experimentos han revelado que contienen una variedad de hidrolasas, que trabajan con una mayor eficiencia en un medio ácido, y que degradan carbohidratos, proteínas, ésteres de los ácidos fosfórico y sulfúrico, y ácidos nucleicos.

Los estudios de vacuolas fagocíticas y pinocíticas celulares por medio de la microscopía electrónica sugieren con fuerza que los lisosomas contribuyen con sus enzimas hidrolíticos a ellas haciendo posible la digestión del material que contienen. Los lisosomas parecen situarse alrededor de la vacuola recién formada, a la vez que las dos membranas parecen fusionarse, con lo cual la vacuola se convierte en un fagosoma, en el que tiene lugar la digestión del material particulado, o en un pinosoma, en el que tiene lugar la digestión de macromoléculas. Existen todavía muchos puntos con relación al <<concepto de lisosoma>> que necesitan clarificación, pero tenemos pocas razones para pensar que los mecanismos de digestión intracelular pueden diferir en aspectos importantes en los distintos tipos de células en los que sabemos que tiene lugar. Los protozoos, amebocitos de tejidos de vertebrados así como de invertebrados, y las células fijas del epitelio entérico de algunos invertebrados son los tipos celulares de los que sabemos que fagocitan partículas materiales y las digieren en fagosomas. La extensión en la que éstas y otras células practican la pinocitosis así como el destino del material pinocitado permanece todavía dudosa.

Novena etapa. Las células destino final del alimento.

Las moléculas orgánicas como azúcares, ácidos grasos y aminoácidos que constituyen el alimento, ya en el interior de la célula van a seguir diferentes caminos metabólicos. Dependido del tipo de organismo que se trate y de acuerdo a sus necesidades metabólicas, las moléculas orgánicas van a ser utilizadas para la síntesis de diversos compuestos, pero en todos ellos van a ser combustibles que se emplearán para la síntesis de moléculas como el ATP.

Todos los seres vivos necesitan energía para vivir, el único tipo de energía  que los seres vivos utilizan, directa o indirectamente, es la que se encuentra en el ATP. Toda la vida que conocemos hasta ahora depende del ATP, en otras palabras, utilizando una analogía, el ATP es la moneda con la que se pagan todos los procesos que realiza la célula y en el caso de los organismos multicelulares todos los procesos que este realiza como: alimentarse, moverse, excretar o reproducirse.

La mayor parte de los seres vivos utilizan el oxigeno para realizar la degradación completa de las moléculas orgánicas hasta dióxido de carbono, agua y ATP.

La glucosa es el combustible principal de la mayor parte de los organismos, la energía química contenida en la estructura de la glucosa se libera de manera útil para la célula en el proceso que se conoce como respiración.

4.1.2 Actividades experimentales sugeridas para abordar la enseñanza de la nutrición heterótrofa.

Actividad experimental 1, tercera etapa

Patrones del aparato digestivo en los animales

Preguntas generadoras:

1. ¿Presentan algunas similitudes los aparatos digestivos de la hidra, planaria y lombriz de tierra?
2. ¿A qué se deben las diferencias en la complejidad del aparato digestivo de la hidra, planaria y lombriz de tierra?
3. ¿La estructura y funcionamiento de estos aparatos digestivos tienen algunas semejanzas con los del hombre? ¿A qué se deben?

Planteamiento de las hipótesis:

Introducción

Los animales multicelulares están formados por complejos sistemas, con una estructura y actividad altamente organizada. Los organismos son capaces de mantener su organización y actividades por largos periodos de tiempo a través del uso apropiado de la energía capturada del ambiente. Los seres vivos pueden adecuar, con límites, su estructura y comportamiento a las condiciones de su ambiente. Estos límites están influidos por la constitución corporal, así como, por las capacidades fisiológicas y bioquímicas,  determinadas en última instancia por la información genética de los organismos.

No obstante la gran diversidad de animales multicelulares es posible distinguir entre ellos ciertas regularidades en cuanto a la estructura y procesamiento del alimento, es a esto lo que llamaremos patrones. Los patrones que los animales presentan en su tubo digestivo están relacionados con sus hábitos alimenticios y con el hecho de que todos son heterótrofos.

Objetivos:

·          Conocer 3 aparatos digestivos de animales con distinto grado de complejidad.

·          Identifique los patrones que se presentan en estos 3 aparatos digestivos.

·          Reconocer las porciones especializadas de los aparatos digestivos.

Material:

3 Cajas de Petri

Estuche de disección

1 Gotero

Alfileres

Material biológico:

Hidras

Daphnia o pulgas de agua

Planarias [1]

Lombrices de tierra

Pedazo de hígado crudo de pollo o res

Sustancias:

Parafina

Azul de metileno

Equipo:

Microscopio de disección

Parrilla con agitador magnético

Procedimiento:

Antes de iniciar la actividad se debe realizar lo siguiente: A la lombriz de tierra se le purga para limpiar el tubo digestivo, colocándola 32 horas antes de realizar la actividad en un frasco con pañuelos desechables húmedos, cortados en pequeños trozos. Se calienta la parafina y se pasa a una caja de Petri, dejándola enfriar, en ella se realizará la disección de la lombriz de tierra.

Guía de observación de la alimentación en la Hidra.

Coloca el agua con las hidras en una caja de Petri, obsérvalas a través del microscopio de disección, identifica las aberturas del cuerpo hacia el exterior ¿Cuántas aberturas existen? ¿Cuál es su posición? Posteriormente coloca las pulgas de agua que son el alimento de  las hidras, y observa que es lo que sucede ¿por dónde entra el alimento a la hidra? ¿Por dónde salen los desechos de la alimentación? Explica como se lleva a cabo el proceso digestivo en la hidra. Elabora un dibujo de la hidra y señala los sitios dónde se lleva a cabo el procesamiento del alimento.

Guía de observación de la alimentación en la Planaria.

Coloca las planarias que colectaste en una caja de Petri, obsérvalas a través de microscopio estereoscópico. Localiza un orificio en la región ventral del cuerpo ¿qué forma tiene? ¿Cuál es su función? Agrega pequeñas porciones de hígado y observa ¿cómo ingiere la hidra el hígado? ¿Por dónde salen los desechos de la alimentación? Explica como se lleva a cabo el proceso digestivo en la planaria. Elabora un dibujo de la planaria y señala los sitios dónde se lleva a cabo el procesamiento del alimento.

Guía de observación de la alimentación en la lombriz de tierra.

Coloca una lombriz de tierra que haya sido purgada, sobre la caja de Petri que contiene la parafina. Observa al ejemplar y trata de identificar la boca en el extremo anterior y el ano en el extremo posterior en posición ventral. Añade un poco de agua hasta que se cubra completamente el organismo. Coloca la lombriz con el lado más obscuro del cuerpo hacia arriba, esta es la región dorsal y agrégale un gotero lleno con acetona. Inserta un alfiler en extremo anterior y otro en el extremo posterior e inicia la disección haciendo una incisión en la región anterior media dorsal continuándola hasta el extremo posterior. Con los alfileres (inclinados hacia la parte exterior del cuerpo de la lombriz) sostén la pared del cuerpo a la base de parafina de la caja. Identifica las partes del tubo digestivo. ¿Cuántos ensanchamientos observaste en el tubo digestivo? ¿Cuál es la función de la faringe? ¿Qué función realizan la molleja y el buche? ¿Cuál es la función de las glándulas salivales? ¿En dónde se lleva  a cabo la absorción de las substancias nutritivas? ¿Cuál es la función del recto?  ¿Por dónde salen los desechos de la alimentación?

Resultados:  

Elabora dibujos de los tres tipos de organismos que observaste, índica en ellos los orificios del tubo digestivo, haz el dibujo de la disección de la lombriz y señala los sitios donde se lleva a cabo el procesamiento del alimento.

Análisis de resultados:

Elabora la caracterización de los siguientes conceptos y temas: patrones, regiones comunes de los aparatos digestivos, causas de las diferencias entre los aparatos digestivos de los animales.

 Replanteamiento de las predicciones de los alumnos:

Conceptos clave: Hidra, planaria, lombriz de tierra, boca, ano, faringe, glándulas salivales, cavidad gástrica, buche, molleja.

Relaciones. Este tema es trascendente debido a que a través de la comprensión de las actividades de laboratorio se pueden establecer generalizaciones, patrones, que son comunes a todos los animales heterótrofos, lo anterior familiariza a los estudiantes con un concepto fundamental en la Biología.

Actividad experimental 2, Quinta etapa

Acción de la amilasa sobre el almidón

Preguntas generadoras:

1. ¿Cómo actúa la amilasa sobre el almidón?
2. ¿Cómo está formado el almidón químicamente?
3. ¿Qué es la amilasa desde el punto de vista químico?
4. ¿Cuál es papel que desempeña el almidón en los animales?
5. ¿Por qué es necesario para los animales que la amilasa actúe sobre el almidón?

Planteamiento de las hipótesis:

Introducción

El almidón es el polisacárido de reserva más abundante en los vegetales y es una fuente importante de azúcares para los animales dentro de los que se encuentra el hombre. La estructura química del almidón permite que al penetrar el yodo en ésta se forme una disolución de color azul violácea intensa característica que permite la identificación positiva del almidón en una disolución. El almidón puede romperse o hidrolizarse por medios químicos o enzimáticos.

La ebullición con ácidos o bases hidroliza los enlaces entre las unidades de glucosa hasta la obtención de las unidades de glucosa individuales. El almidón puede hidrolizarse enzimáticamente por medio de la  amilasa que se encuentra formando parte de la saliva y el jugo pancreático. La amilasa rompe  los enlaces entre los azucares que constituyen al almidón y finalmente después de su acción deja glucosa libre y maltosa

Objetivos:

·          Identificar la acción de la amilasa de la saliva sobre el almidón

·          Identificar los productos de la acción de la amilasa sobre el almidón

·          Caracterizar la digestión enzimática realizada por la secreción de las glándulas salivales.

Material:

Papel filtro

Embudo

5 tubos de ensayo

2 goteros

2 cápsulas de porcelana

Material biológico:

Muestra de saliva

Sustancias:

Agua destilada

Almidón

Reactivo de Benedict

Reactivo de Lugol para almidón

Equipo:

Balanza granataria electrónica

Parrilla con agitador magnético

Procedimiento:

A. Obtención de la enzima amilasa

Después de enjuagar la boca, mastica un trozo de papel filtro  para estimular la salivación. Los líquidos segregados se van pasando a un embudo que tenga un papel filtro, el filtrado se coloca en un tubo de ensayo hasta obtener 1  ml.

La saliva así obtenida se diluye empleando 1ml de saliva y 10 ml de agua destilada, así se obtiene la preparación de enzima base.

Se prepara una solución al 2% de almidón, para lo cual se pesan 2 g de almidón y se disuelven en 100 ml de agua destilada

Se colocan 2 ml de agua destilada en un tubo de ensayo se le agregan 2 ml de la solución de almidón al 2% y 2 ml de la solución base de la enzima. En otro tubo se colocan 2 ml de agua destilada y se le agregan 2 ml de la solución de almidón al 2%.

 Los tubos se colocan en baño maría a 37° C, durante 15 minutos dejando que la amilasa vaya hidrolizando al almidón

Una vez transcurridos los 15 minutos se sacarán los tubos del baño maría y se harán las pruebas del lugol y Benedict

B. Reacciones de lugol para almidón y Benedict

La prueba del yodo o el lugol permite identificar la presencia de almidón, con este reactivo se obtiene un color azul-violeta característico. Toma 1 ml de la disolución de cada uno de los tubos y añade unas gotas de lugol a cada una de ellas. Si no existe la hidrólisis del almidón la prueba será positiva.

La prueba de Benedict permite identificar a los azucares reductores. Toma 1 ml de cada uno de las disoluciones de los tubos y agrégales 1 ml del reactivo de Benedict, enseguida coloca ambos tubos en baño María, si existe hidrólisis del almidón se formará un precipitado rojo ladrillo que indica la presencia de azúcares como la glucosa y la maltosa

Resultados:

Contenido del  Tubo	Reacción de Lugol	Reacción de Benedict
Amilasa+ almidón +agua
Almidón+agua

Análisis de resultados:

Elabora la caracterización de los siguientes conceptos: enzima, digestión química, digestión mecánica, degradación, saliva, azúcares simples, azúcares complejos, polímeros y monómeros.

Replanteamiento de las predicciones de los alumnos:

Conceptos clave: Enzima, digestión, digestión química, degradación, secreciones de glándulas del aparato digestivo, reacciones químicas en el interior del cuerpo, azúcares simples, azúcares complejos, polímeros y monómeros.

Relaciones. Este tema es importante porque permite observar en el laboratorio la acción de las secreciones de las glándulas salivales, las que llevan a cabo una digestión química de los polisacáridos, apoya a los estudiantes en la construcción del concepto de digestión química y permite comprender la función de algunas glándulas asociadas al aparato digestivo.

Actividad experimental 3, Quinta etapa

Digestión de la albúmina por “pepsina” industrial

Preguntas generadoras:

1.    ¿Cómo actúa la pepsina sobre las proteínas?

2.    ¿Cómo están formadas las proteínas?

3.    ¿Qué es la pepsina?

4.    ¿Cuál es el papel que desempeñan las proteínas del alimento, en los animales?

5.    ¿Por qué es necesario que se digieran las proteínas del alimento?

6.    ¿Qué es la hidrólisis de una proteína?

7.    ¿Qué papel desempeña el ácido clorhídrico al actuar sobre la pepsina?

Planteamiento de las hipótesis:

Introducción

El jugo gástrico, elaborado por las glándulas de la mucosa del estómago, contiene ácido clorhídrico libre y dos enzimas: quimosina y pepsina. En realidad ambas son secretadas como proenzimas inactivas, y en presencia del ácido clorhídrico se transforman espontáneamente en enzimas activas.

Durante la digestión de las proteínas (polímeros de aminoácidos) se hidrolizan los enlaces peptídicos de estas moléculas. Este proceso se inicia en el estómago por acción de las pepsinas que rompen las uniones (enlaces peptídicos) a  nivel de los aminoácidos fenilalanina y tirosina, de manera que los productos de la digestión gástrica de las proteínas son polipéptidos de muy diversos tamaños. La mayor parte de la digestión de proteínas se produce en el intestino delgado, donde los productos de la digestión gástrica son hidrolizados hasta aminoácidos, primero por la acción de las enzimas proteolíticas del jugo pancreático y después por las enzimas asociadas a las células de las microvellosidades.

Una reacción característica de los polipéptidos es la reacción de Biuret, las proteínas y los aminoácidos no dan positiva esta reacción 

Objetivos:

·          Identificar la acción de la pepsina sobre las proteínas

·          Identificar los productos de la acción de la pepsina sobre las proteínas

·          Comprender la acción de los jugos gástricos en la digestión química del alimento

·          Conocer cómo se puede activar una enzima

Material:

1 vaso de precipitados de 1000 ml

Papel filtro

1 embudo

1 probeta de 100 ml

1 gradilla

4 tubos de ensayo

4 probetas de 10 ml

Gasas

Material biológico:

Claras de huevo

Sustancias:

Ácido clorhídrico 0.1 N

Reactivo de Biuret

Pepsina

Equipo:

1 balanza granataria electrónica

1 parrilla con agitador magnético

Procedimiento:

Bate la clara de huevo cruda en un litro de agua fría, y llévala hasta la ebullición, sin dejar de batir. Fíltrala. El líquido que se obtiene es una fina suspensión, muy estable, de albúmina desnaturalizada.

Prepara, por otro lado, jugo gástrico artificial, diluyendo en 100 ml de agua, 1 g de jugo gástrico desecado, que se vende en las farmacias bajo la denominación de “pepsina”, nombre que proviene de la enzima principal que contiene.

Prepara en cuatro tubos de ensayo, las siguientes mezclas:

1.    6 ml de albúmina + 6 ml de agua.

2.    6 ml de albúmina + 1,5 ml de agua + 4,5 ml de HCl, 0.1 N.

3.    6 ml de albúmina + 1,5 ml de pepsina + 4,5 ml de agua

4.    6 ml de albúmina + 1,5 ml de pepsina + 4,5 ml de HC1,  0.1 N.

A continuación coloca los tubos a baño María, a 40° C. Algunos minutos más tarde, únicamente en el tubo 4 se producirá un aclarado, esto es consecuencia de la actividad de la pepsina que, en medio ácido, ha hidrolizado a la albúmina.

Resultados:

Contenido del tubo	Reacción Biuret
Albúmina + agua
Albúmina + agua +ácido clorhídrico
Albúmina + pepsina + agua
Albúmina + pepsina +ácido clorhídrico

Análisis de resultados:

Elabora la caracterización de los siguientes conceptos: proteína, hidrólisis, enlace peptídico, polipéptido, aminoácido, digestión química, enzima activa, enzima inactiva.

Replanteamiento de las predicciones de los alumnos:

Conceptos claves: Digestión de proteínas, pepsina, sitio de producción de pepsina en el aparato digestivo humano, sitio de hidrólisis total de las proteínas en el aparato digestivo humano.

Relaciones.

Esta actividad de laboratorio coadyuva a la construcción del concepto de digestión química, en este caso, asociada con la degradación de las proteínas. Es importante relacionar los órganos donde se inicia y termina esta hidrólisis.

Actividad experimental 4, Quinta etapa

Digestión de las grasas

Preguntas generadoras:

1. ¿Cómo actúa la bilis sobre las grasas?
2. ¿En dónde se produce la bilis?

3.    ¿Cuál es el papel que desempeñan las grasas del alimento, en los animales?

4.    ¿Por qué es necesario que se emulsifiquen las proteínas del alimento?

5.    ¿Qué es la emulsificación de una grasa?

Planteamiento de las hipótesis:

Introducción

Las grasas forman parte de los alimentos. El agua es el medio en el que se disuelven muchas de las substancias que forman parte del alimento, las grasas no se disuelven en el agua o se disuelven muy poco. Para que las enzimas digestivas puedan actuar sobre las grasas, es necesario que estas se transformen en pequeñas gotas que se puedan dispersar en el agua, a esta mezcla se le llama emulsión. Existen substancias  que emulsifican las grasas como los detergentes, y un producto del hígado del ser humano, la bilis.

Las moléculas de grasa están constituidas por una cabeza hidrofílica (atraída por el agua) y una cola hidrofóbica (que no se mezcla con el agua). Las moléculas del aceite al agregarse al agua se acomodan como grandes gotas, en las cuales las cabezas se orientan hacia las moléculas de agua y las colas hacia adentro. La substancia emulsificadora como la bilis rompe las grandes gotas en pequeñas, lo que sucede en el intestino delgado. Una vez emulsificadas las grasas actúan sobre ellas la enzima llamada lipasa (enzima digestiva) que separa las cabezas de las colas

Objetivos:

·          Identificar la acción de la bilis sobre las grasas

·          Conocer en que consiste la emulsificación de una grasa

·          Conocer algunas propiedades químicas de las grasas

·          Identificar el inicio de la digestión química de las grasas

·          Comprender que la digestión de los alimentos depende de su composición química.

Material:

3 vasos de precipitados de 250 ml

1 probeta de 100 ml

Material biológico:

Aceite de cocina

Sustancias:

Medicamento que contenga bilis (Onoton)

Agua destilada

Equipo:

Parrilla con agitador magnético

Balanza granataria electrónica

Procedimiento:

Vierte 100 ml de agua tibia en los dos vasos de precipitados. Vierte 5 ml de aceite de cocina en los dos vasos de precipitados. En otro de los vasos de precipitados prepara una solución al 1% de bilis (pesa 1 g de bilis y disuélvelo en 100 ml de agua). A uno de los vasos de precipitados que contiene aceite y agua agréguele 10 ml de la solución de bilis al 1%. Agita ambos vasos de precipitados y observa que sucede, deja de agitar y vuelve a observar que le sucede a las mezclas.

Resultados:

Contenido del tubo	Durante el agitado (tamaño de las gotas)	1 min después de agitarlo (tamaño de las gotas)
Agua + aceite
Agua + aceite + bilis

Análisis de resultados:

Elabora la caracterización de los siguientes conceptos: grasa, emulsificación, hidrofílico, hidrofóbico.

Replanteamiento de las predicciones de los alumnos:

Conceptos clave: Emulsificación de las grasas, bilis, sitio de producción de bilis, sitio de degradación de las grasas en el aparato digestivo, digestión química.

Relaciones. Esta actividad de laboratorio apoya la comprensión del concepto de digestión química, por otro lado, permite introducir al estudiante en la identificación de la digestión como un proceso complejo cuya elaboración esta en función de la complejidad química del alimento y de la capacidad enzimática del animal en cuestión.

Actividad experimental 5, Octava etapa

La alimentación y excreción en Paramecium

Preguntas generadoras:

1. ¿Qué semejanzas y diferencias encuentras entre la alimentación de un organismo unicelular heterótrofo y los heterótrofos multicelulares?
2. ¿A qué crees que se deban las diferencias?
3. ¿Cómo afecta la alimentación heterótrofa las características anatómicas de su organismo?

Planteamiento de las hipótesis:

Introducción

Paramecium  es un protoctista unicelular que generalmente se encuentra en aguas estancadas. Es muy útil en los laboratorios de biología porque es abundante y fácil de conservar en el laboratorio. La única célula que constituye a este organismo realiza las mismas funciones vitales que cualquier otro ser vivo multicelular, es un protoctista parecido a los animales porque su forma de nutrición es heterótrofa, es capaz de moverse  y capturar su alimento.

Objetivos:

·          Observar como un organismo unicelular lleva a cabo la alimentación.

·          Identificar como realiza el Paramecio la regulación del agua.

·          Comprender como realiza la excreción un organismo unicelular.

Material:

Portaobjetos

Cubreobjetos

Goteros

Algodón

Material biológico:

Cultivos de paja, arroz y trigo para la obtención de Paramecium [2]

Sustancias:

Acetona

Polvo de carmín

Equipo:

Microscopio compuesto

Microscopio de disección

Procedimiento:

Examina los cultivos  con un microscopio  de disección y observa las áreas de mayor concentración de paramecios ¿Cuál es la actividad de  estos organismos? ¿Cómo se comportan ante la luz?

El movimiento y el tamaño aumentan al observar a través del microscopio. La rapidez aparente de los paramecios hace difícil su observación en el campo del microscopio. Se pueden anestesiar si se coloca una  gota de acetona  en la preparación que contiene el cultivo. También se puede reducir la movilidad colocando en la preparación unas fibras de algodón. Antes de tapar la preparación con el cubreobjetos coloca un poco de polvo de carmín con una espátula, después coloca el cubreobjetos.

Observa el organismo en sus diferentes niveles variando el enfoque con el tornillo micrométrico ¿Cuál es el extremo anterior del organismo el achatado o el puntiagudo? Observa al paramecio y haz un dibujo anotando las estructuras que hayas podido identificar.

Describe el movimiento general del paramecio. Cambia  a mayor  aumento, si es necesario reduce la luz. Los cilios deben estar en movimiento y se observan mejor en los bordes visibles del organismo. ¿Son diferentes los cilios en los extremos opuestos de la célula? Observas algún ritmo en el movimiento de los cilios.

Localiza una concavidad lateral de la célula. Observa como las partículas son engullidas por este orificio. ¿Cómo logra el paramecio que las partículas de carmín entre por el orificio? ¿Existe alguna estructura que se proyecte al interior del citoplasma? ¿Qué forma tiene? Describe la trayectoria de las partículas de carmín en el interior del paramecio ¿Dónde se acumulan las partículas de carmín? Observa un rato al organismo y podrás ver que expulsa el carmín por un punto por debajo del orificio de entrada, elabora un dibujo de tus observaciones.

El agua se está difundiendo constantemente al interior del paramecio, si este no es capaz de eliminarla puede explotar. Observa la región próxima al extremo achatado, podrás ver una estructura en forma de estrella que se abre y aparentemente “desaparece” a intervalos regulares ¿cómo se llama esta estructura?

Cuando se observa la “estrella”, la vacuola se esta llenando de agua. La aparente “desaparición” es la contracción de la vacuola, cuando la vacuola se contrae, el agua es forzada a salir del paramecio. Muchas especies de paramecios tienen dos vacuolas contráctiles. Una se encuentra generalmente en el extremo achatado de la célula y la otra en el extremo puntiagudo del organismo.

Resultados:

Dibuja al Paramecium y las estructuras celulares que observaste.

Análisis de resultados:

Elabora la caracterización de los siguientes conceptos: Organismo unicelular, organelos, citostoma, citofaringe, ingestión celular, excreción celular

Replanteamiento de las predicciones de los alumnos:

Conceptos claves: Ingestión y excreción unicelular, organismo unicelular.

Relaciones. En este tema es fundamental que los alumnos relacionen a los organismos unicelulares con las células que constituyen a los organismos multicelulares y que se establezcan claramente las diferencias entre el nivel celular y el multicelular. Un aspecto importante es establecer la característica casi exclusiva de Paramecium de contener una boca u orificio permanente de ingestión de los alimentos.

4.1.3 Lecturas

Lectura 1. El aparato digestivo de los animales

¿Existen semejanzas en los aparatos digestivos que se presentan entre los animales?

Las necesidades de alimento en los animales varían ampliamente, su limitación fundamental está determinada por la capacidad de producir diversos tipos de enzimas que les permitan utilizar cierto tipo de substancias del medio. Otras limitaciones están determinadas por los medios de captura e ingestión del alimento, en cuanto mayor sea la variedad de alimentos que un animal pueda utilizar mayor será su libertad. El desarrollo de los mecanismos para la obtención del alimento es de gran importancia para el éxito de una especie, ya que todas ellas se encuentran en competencia por una fuente siempre limitada de alimento y aquellas mejor adaptadas para obtener lo que necesitan  son las que más probablemente sobrevivirán y se reproducirán. 

Muchos organismos unicelulares pueden satisfacer sus necesidades nutritivas a partir de los productos de desecho  de otros seres vivos, hay animales que se alimentan de los líquidos corporales de sus presas como los insectos que se alimentan de la sangre de sus hospederos.

La mayoría de los animales se alimentan de modo activo ingiriendo alimento sólido y complejo. Este alimento puede ser de origen animal o vegetal, y puede tratarse de materia viva o muerta.

¿A qué se deben las semejanzas en los aparatos digestivos de los animales?

La mayoría de los animales obtiene su alimento capturándolo, para ello  están provistos de órganos u estructuras celulares especiales para llevar a cabo la captura como pseudópodos, citostomas (estructuras a nivel celular) y en organismos multicelulares se presentan: tentáculos, ventosas, faringes, mandíbulas, trompas, pinzas y otras estructuras similares. Muchas especies rapaces están equipadas con glándulas salivales y/o glándulas venenosas. Las glándulas venenosas elaboran y descargan substancias que paralizan o matan a la presa, y las glándulas salivales segregan enzimas digestivas que llevan a cabo, por lo menos, la descomposición química previa y el reblandecimiento del alimento, antes de que éste pase al interior del tubo digestivo. Algunos animales poseen también dispositivos para la trituración del alimento antes de que sea ingerido. Algunos de ellos son cazadores desplazándose activamente en busca de la presa, pero otros, permanecen en espera de la misma, hasta que llegue el alimento adecuado.

La digestión o desdoblamiento químico del alimento, se realiza con la intervención de enzimas; las cuales pueden ser liberadas en las células donde se sintetizan  actuando fuera de ellas, generalmente en una cavidad, o pueden actuar en el interior de las células.

Muchos animales combinan la digestión intracelular  con la digestión que se lleva  a cabo en una cavidad.

¿A qué se deben las diferencias en los aparatos digestivos de los animales?

De acuerdo con el nivel de organización de los animales se presentan diferentes grados de diferenciación de las regiones del tubo digestivo. Un tubo digestivo completo es aquel que presenta región anterior, región media   y posterior. Existen organismos que tienen un tubo digestivo en forma de saco con tan sólo una abertura y por ésta introducen el alimento y también  eliminan los desechos por ella como en: las hidras y las planarias.

Las áreas con funciones específicas de la parte anterior son: boca, cavidad bucal, faringe y esófago. La cavidad bucal y la faringe están relacionadas con la ingestión del alimento y el esófago con el paso de este al intestino medio. El intestino medio  puede estar diferenciado en estómago e intestino. La mayor parte de la digestión tiene lugar en el estómago y en el intestino actuando ambos, en algunos casos, también en la absorción de  las substancias nutritivas, después los residuos entran al intestino posterior que posee un colon y un recto que es donde se forman las heces por absorción de agua. En las especies terrestres, la conservación del agua es una demanda primordial. Muchos animales poseen glándulas, en la parte anterior y media del intestino especializadas en la producción de enzimas que les permiten a los organismos que las poseen alimentarse de una amplia gama de alimentos o de alimentos muy específicos por ejemplo: la mayoría de los animales pueden digerir el almidón, polisacárido constituido por unidades de  alfa-glucosa, las enzimas que degradan el almidón no pueden actuar sobre la beta -glucosa,  ésta constituye las unidades de la celulosa, es bien conocido que los mamíferos rumiantes, como las vacas, dependen de microorganismos simbiontes (que producen las enzimas que degradan la beta-glucosa) que se albergan en su tubo digestivo para digerir la celulosa presente en el alimento que ingieren.

Instrumento para el análisis y evaluación de la lectura

1.    Elabora de manera individual una lista con los conceptos que encontraste en la lectura anterior.

2.    Ordena jerárquicamente la lista de conceptos.

3.    Elabora, en equipo, un mapa conceptual con los conceptos jerarquizados

4.    Ante el grupo se exponen los mapas conceptuales.

Evaluación mediante una rubrica:

Criterios	Principiante (6)	Intermedio (8)	Avanzado (10)	Puntaje
Detección de conceptos	Detecta alguno de los conceptos principales de la lectura	Detecta los conceptos principales y secundarios	Detecta los conceptos principales, secundarios y recurrentes
Jerarquización	Ausencia de una estructura jerárquica	Establece los conceptos centrales	Se observa una buena organización jerárquica a todos los niveles.
Estructuración de ideas	Carece de lógica en su estructura conceptual	Presenta ideas congruentes con los conceptos de la lectura	Las ideas presentadas en el mapa integran de una forma adecuada la información contenida en la lectura. Incluye ideas no abordadas en la lectura
Total

Lectura 2. ¿Cuál es el papel de las enzimas en la alimentación de los animales?

Las enzimas son proteínas que actúan como catalizadores, es decir, aceleran las reacciones químicas que se llevan a cabo dentro de la o las células que constituyen a los seres vivos. Una cualidad importante de cualquier catalizador es que participa acelerando determinada reacción química y al final de ésta permanece sin cambio.

La capacidad de las enzimas de intervenir en las reacciones y de permanecer sin cambios es de gran importancia para las células, ya que, pueden reciclarse constantemente, y así, la célula no gasta energía en su formación  cada vez que las necesite.

La formación o síntesis de las enzimas está determinada por los genes, así es que, la historia evolutiva de una especie define el tipo de enzimas que va a elaborar y define también que recursos del medio puede emplear. De esta manera los animales herbívoros tienen enzimas que intervienen en la digestión de las estructuras de las plantas y los carnívoros tienen una dotación enzimática diferente que les permite digerir las partes de los animales.

Al ser las enzimas proteínas, están formadas por aminoácidos. Los aminoácidos se unen entre sí por medio del enlace peptídico, cada proteína tiene una cantidad y secuencia de aminoácidos variable. Casi todas las enzimas son solubles en agua y pueden perder sus cualidades cuando aumenta la temperatura y por la acción de algunos agentes químicos.

Algunas enzimas al formarse en las células se liberan en estado inactivo. Estas requieren de una coenzima para activarse, tal es el caso de la pepsina, producida por las células glandulares del estómago, la cual es producida en estado inactivo y requiere de la presencia del ácido clorhídrico para activarse, ácido que también producen las células glandulares de la mucosa gástrica.

La sustancia sobre la que actúa una enzima se llama sustrato. La pepsina actúa simplificando o rompiendo las proteínas, en aminoácidos; en este caso el substrato de la pepsina son las proteínas. ¿Y por qué se llama pepsina, la enzima que actúa sobre las proteínas? 

Por que las enzimas, generalmente, reciben el nombre del substrato sobre el que actúan. Así, la pepsina rompe el enlace peptídico que une a los aminoácidos que constituyen a las proteínas.

La amilasa producida por las glándulas salivales y la amilasa pancreática, del ser humano, actúan sobre el almidón, en particular sobre los enlaces que unen los azúcares simples que constituyen las grandes cadenas de este polímero. Las proteasas pancreáticas actúan sobre los péptidos que son cadenas cortas de aminoácidos y que forman parte de las proteínas.

En el caso de la digestión química que se realiza en  la boca, estómago e intestino delgado del aparato digestivo de muchos animales, depende totalmente de las enzimas producidas por las células de las glándulas salivales, de la mucosa gástrica, de las células del páncreas y de las células de la mucosa de la parte anterior del intestino delgado que forman los jugos intestinales que contienen proteasas.

La bilis producida por el hígado, es almacenada en la vesícula biliar y de ella sale un conducto que desemboca en la parte anterior del intestino delgado. A la bilis no se le puede considerar una enzima, ya que su acción es de emulsificante, es decir, rompe en pequeñas gotas las grasas para que puedan actuar las enzimas que son las lipasas, producidas por el páncreas. 

En esta lectura se hace énfasis en las enzimas digestivas, pero debe quedar claro que las enzimas participan en todas las reacciones químicas que se realizan en la célula como: en la respiración, la replicación del ADN, la síntesis de proteínas etcétera. 

Instrumento para el análisis y evaluación de la lectura

1.    Elabora de manera individual una lista con los conceptos que encontraste en la lectura anterior.

2.    Ordena jerárquicamente la lista de conceptos.

3.    Elabora, en equipo, un mapa conceptual con los conceptos jerarquizados

4.    Ante el grupo se exponen los mapas conceptuales.

Evaluación mediante una rubrica:

Criterios	Principiante (6)	Intermedio (8)	Avanzado (10)	Puntaje
Detección de conceptos	Detecta alguno de los conceptos principales de la lectura	Detecta los conceptos principales y secundarios	Detecta los conceptos principales, secundarios y recurrentes
Jerarquización	Ausencia de una estructura jerárquica	Establece los conceptos centrales	Se observa una buena organización jerárquica a todos los niveles.
Estructuración de ideas	Carece de lógica en su estructura conceptual	Presenta ideas congruentes con los conceptos de la lectura	Las ideas presentadas en el mapa integran de una forma adecuada la información contenida en la lectura. Incluye ideas no abordadas en la lectura
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Lectura 3. ¿Qué se entiende por absorción?

 La absorción incluye todos los mecanismos que las células emplean para incorporar materiales del exterior. En el caso de los animales la absorción se realiza en el nivel de las microvellosidades del intestino delgado, en el estómago y en el intestino grueso. Las moléculas simplificadas por la digestión enzimática que forman parte del alimento, se empiezan a absorber en las porciones de yeyuno e íleon del intestino delgado.

Las células de las porciones del intestino delgado tienen en su parte frontal las microvellosidades, que le dan a la célula la apariencia de un cepillo. Estas proyecciones de las células impiden el paso de bacterias y moléculas grandes que no han podido ser digeridas y sólo pasan pequeñas moléculas hacia la membrana celular.

En la membrana celular se llevan a cabo varios mecanismos que permiten el paso de moléculas, estos son: la difusión, la osmosis, los poros temporales, la solubilidad en los constituyentes de la membrana y los acarreadores.

Veamos que se entiende por cada uno de ellos.

Difusión: Es el paso de moléculas de una sustancia de un área de mayor concentración a otra de menor concentración, en el caso de las células sólo los gases, como: el oxígeno y el dióxido de carbono, que tienen tamaño molecular muy pequeño, pueden pasar por difusión.

Ósmosis: En la ósmosis el agua pasa de un medio de mayor concentración de moléculas  a otro de menor concentración de las mismas,  a través de una membrana semipermeable. En las células la única sustancia que pasa por este medio es el agua.

Poros temporales: Este mecanismo incluye la formación de poros positivos o negativos que se forman temporalmente y se cierran. Por ellos pueden transitar moléculas con carga eléctrica, ya sean positivas o negativas. Las positivas pasan por los poros negativos y las moléculas de carga negativa pasan por los poros positivos, la membrana en la célula viva cierra y abre poros en diferentes sitios.

Solubilidad en las sustancias que integran la membrana celular: La membrana celular es una capa doble de fosfolípidos con proteínas, las moléculas no polares (sin carga eléctrica) pasan a la célula al disolverse en los lípidos que constituyen la membrana.

Acarreadores: Son proteínas o glucoproteínas (moléculas formadas por la unión de azúcares y proteínas) que están unidas a la membrana celular y que actúan como una antena, atrayendo moléculas específicas, introducen la molécula al interior de la célula y vuelven a acomodarse en la membrana para seguir incorporando moléculas particulares. Cada tipo de célula tiene acarreadores específicos que le permiten la introducción de moléculas que van a ser empleadas en las actividades generales y específicas de ese tipo celular.

Los mecanismos de incorporación de moléculas del medio extracelular al interior de la célula no se dan tan sólo en las células del epitelio intestinal, una vez que los materiales han pasado al torrente sanguíneo  y de éste al líquido que rodea los tejidos, cada célula va a emplear estos mismos mecanismos para incorporar las substancias que requiere para realizar la respiración, para alimentarse y aumentar de tamaño o reproducirse.

Instrumento para el análisis y evaluación de la lectura.

1. Elabora una lista con los conceptos que encontraste en la lectura anterior (individual).
2. Elabora una lista jerarquizada de dichos conceptos (individual).
3. Elabora un mapa conceptual con los conceptos anteriores (equipo).
4. Plenaria (cada equipo presenta ante el grupo su mapa conceptual).
5. Evaluación mediante la siguiente rúbrica:

Criterios	Principiante (6)	Intermedio (8)	Avanzado (10)	Puntaje
Detección de conceptos	Detecta alguno de los conceptos principales de la lectura	Detecta los conceptos principales y secundarios	Detecta los conceptos principales, secundarios y recurrentes
Jerarquización	Ausencia de una estructura jerárquica	Establece los conceptos centrales	Se observa una buena organización jerárquica a todos los niveles.
Estructuración de ideas	Carece de lógica en su estructura conceptual	Presenta ideas congruentes con los conceptos de la lectura	Las ideas presentadas en el mapa integran de una forma adecuada la información contenida en la lectura. Incluye ideas no abordadas en la lectura
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Lectura 4.  La célula: Un concepto en evolución ¿Cómo se constituyó la teoría celular?

¿De dónde proviene la palabra célula?

De acuerdo con Mariano Arnal, los romanos fueron quienes le llamaron cellulae a cada una de las cavidades hexagonales llenas de cera de los panales de abejas. Para ellos cellulae era el diminutivo de cella, como celdilla lo es de celda. Usaban este diminutivo para denominar cualquier recinto o aposento pequeño, especialmente para animales. La cella de la que deriva la palabra celda no es en latín estrictamente una celda, sino una despensa. Posteriormente, se extendió el significado de esta palabra a otros lugares que se destinaban para habitación, sin ser esa su función original. Por lo tanto el significado original de cella es el de despensa (que en castellano terminó en la palabra silo)”. Silo es un depósito cilíndrico que, cargado por su parte superior, se vacía por la inferior y sirve para almacenar granos.

¿Quién fue el científico que observó por primera vez las células?

Fue Robert Hooke (1635-1703) quien en 1665 al realizar cortes muy finos del árbol de corcho adulto observó, con ayuda de uno de los primeros microscopios fabricados, espacios más o menos hexagonales limitados por paredes gruesas, a los cuales se refirió como “poros”, y que –de acuerdo a su apreciación- le daban a la superficie un aspecto semejante al de un panal de abejas. Hooke relacionó estos pequeños espacios con las habitaciones pequeñas de los monjes, de tal manera que a estos diminutos compartimentos los denominó cellulae que en latín significa “aposentos pequeños”. De ahí el origen del término biológico “célula”, el que también puede derivarse del griego “kytos” que quiere decir “hueco o espacio”.

Es evidente que lo que Hooke observó eran las paredes de celulosa de células muertas. Sin embargo no se imaginó que estuvieran muertas, ya que, ni él ni otro en aquel tiempo sabían que las células podrían estar vivas.

¿Qué descubrimientos hicieron los científicos en las células?

En plantas vivas Hooke identificó un “jugo” en el interior de dichas celdas, que interpretó como parte del sistema de circulación de la savia. Paralelamente a Hooke, el italiano Marcello Malpighi (1628-1694), y el inglés Nehemiah Grew (1641-1712), cada quien por separado, estudiaron la estructura de los órganos vegetales e hicieron innumerables descripciones morfológicas con ayuda del microscopio. Durante los años restantes de los siglos XVII y XVIII se progresó muy poco en el conocimiento de la célula. Sin embargo, durante el siglo XIX, los descubrimientos en torno a la célula se multiplicaron notablemente. Así por ejemplo, el médico y botánico escocés Robert Brown (1773-1858) en 1831, al trabajar con células de la epidermis de la flor de las orquídeas, descubrió el núcleo (diminutivo de nux, nuez) al que reconoció como el elemento básico de la estructura vegetal. En 1835 el zoólogo Félix Duyardin (1801-1860) descubrió -en el interior de las células- una sustancia homogénea, elástica, contráctil y gelatinosa, a la que en 1840 denominó “sacorda”, y que más adelante el médico checo Jan Evangelista Purkinje (1787-1869) introdujo en zoología el término “protoplasma” en sustitución del término “sacorda”. Sin embargo, fue Hugo von Mohl (1805-1872) quien lo generalizó al introducirlo en botánica en 1846.

En 1835, Gabriel Valentín, describió el nucleolo y un año después introdujo el término “parénquima” para referirse a la substancia situada entre el núcleo y la pared de la célula.

Desde el punto de vista de Mariano Arnal “con el descubrimiento del protoplasma quedó asentado el concepto de célula como una despensa bien provista, hasta llegar a la conclusión de que la sustancia de la célula no eran las paredes de la despensa (que podían faltar), sino su contenido”.

¿Cuáles son los antecedentes de la teoría celular?

A finales del siglo XVIII la comunidad científica convencida de que la naturaleza de la materia era infinita y que detrás de cada estructura última debía haber otra más elemental, a la cual pudiera ser reducida la primera, se continuó con esta búsqueda hasta que aparece en escena Lorenz Oken (1779-1851), quien a principios del XIX propuso que los organismos macroscópicos estaban constituidos por la fusión de seres primitivos similares a los “infusorios”. Estos, según Oken, habían perdido su individualidad en favor de una organización superior. También supuso que estos organismos microscópicos debían ser esféricos debido a consideraciones exclusivamente estéticas y en el convencimiento de que debía mantener cierta correspondencia con la forma del planeta. Aunque las consideraciones de Oken fueron sólo especulativas, sin duda prepararon el terreno para el surgimiento de la teoría celular, ya que proveyeron un marco teórico para interpretar las observaciones microscópicas.

¿Cuándo se formuló la teoría celular?

El primer paso en la generalización e interpretación de las observaciones de las células fue dado por el botánico alemán Matthias Jacob Schleiden (1804-1881), quien afirmó que la célula es la unidad elemental que constituye la estructura de las plantas. Por su parte, la contribución del gran fisiólogo y morfólogo alemán Theodor Schwann (1810-1882) a la teoría celular no sólo consistió en extender al campo de los animales los descubrimientos hechos por Matthias Schleiden en las plantas, sino también en formular un principio acerca de la generación de las células en los seres vivos y estableció la correspondencia estructural y funcional entre plantas y animales. Sostuvo la importancia del núcleo, aunque el origen de este se determinó hasta 1855 con Rudolph Virchow (1821-1902).

¿Qué otro postulado de la teoría celular faltaba por formularse?

La siguiente aportación significativa a la teoría celular la hizo el médico, patólogo, fisiólogo y también estadista alemán Rudolph Virchow, quien más tarde descifró el problema del origen de las células. Este científico fue quien afirmó “...dondequiera que se origine una célula, allí tiene que haber existido previamente otra célula (ommis cellula e cellula), lo mismo que un animal sólo puede provenir de un animal y una planta de otra planta”. Con esta aportación quedó establecido que la célula no sólo era la unidad anatómica y fisiológica, sino también la unidad de origen de todos los seres vivos. Además se cuestionó la idea de que la vida surgió por generación espontánea.

Finalmente los Postulados de la Teoría Celular

Las observaciones de Schleiden, Schwann y Virchow fueron reunidas en lo que actualmente se conoce con el nombre de teoría celular, la cual está conformada por tres principios:

1.    La célula es la unidad básica de estructura y función en un organismo multicelular.

2.    La célula es la forma de vida más pequeña.

3.    Todas las células provienen de células preexistentes o dicho de otra forma, la continuidad de la vida surge directamente del crecimiento y división de células individuales.

¿Qué ocurrió después de la formulación de la teoría celular?

A partir del momento en que la célula fue considerada la unidad fundamental de la vida, aumentó el interés por estudiarla. El perfeccionamiento de los microscopios y de las técnicas de tinción permitieron el rápido avance de las observaciones y descripciones celulares. Hacia finales del siglo XIX, se identificaron los principales organelos, evidenciando la complejidad del citoplasma muy alejada de la simpleza que le otorgaban los primeros científicos que lo observaron.

Por su parte, la teoría celular causó un gran impacto teórico.  Produjo un marco apropiado para el progreso posterior de la biología celular, al presentar a los biólogos algo uniforme y coherente en donde fundamentar sus estudios sobre la célula. Con ella, la investigación de la biología celular cambió para siempre, llevando las investigaciones hacia el terreno de lo microscópico.

Además cuando la teoría celular fue formulada, los científicos desecharon la idea de la generación espontánea, la cual afirmaba que los seres vivos provenían de lo no vivo. Reconocieron que la vida provenía directamente del crecimiento y división de las células.

También otorgó una explicación lógica sobre como pudieron haber evolucionado los organismos multicelulares a partir de formas unicelulares.

El establecimiento de la teoría celular también tuvo otras repercusiones importantes, Virchow encontró que las enfermedades de los organismos eran el resultado de los trastornos que ocurrían en ciertos grupos celulares, con lo que se ubicó a los procesos patológicos en el marco de la teoría celular. De acuerdo con Savín (1995), Albert Kolliker aplicó esta teoría a la embriología y demostró que el espermatozoide y el óvulo son células originadas en los tejidos y que el encuentro de ambos produce la célula huevo o cigoto, de la cual se forma un nuevo organismo multicelular.

Instrumento para el análisis y evaluación de la lectura.

1.    Elabora una lista con los conceptos que encontraste en la lectura anterior (individual).

2.    Elabora una lista jerarquizada de dichos conceptos (individual).

3.    Elabora un mapa conceptual con los conceptos anteriores (equipo).

4.    Plenaria (cada equipo presenta ante el grupo su mapa conceptual).

5.    Evaluación mediante una rúbrica.

Criterios	Principiante (6)	Intermedio (8)	Avanzado (10)	Puntaje
Detección de conceptos	Detecta alguno de los conceptos principales de la lectura	Detecta los conceptos principales y secundarios	Detecta los conceptos principales, secundarios y recurrentes
Jerarquización	Ausencia de una estructura jerárquica	Establece los conceptos centrales	Se observa una buena organización jerárquica a todos los niveles.
Estructuración de ideas	Carece de lógica en su estructura conceptual	Presenta ideas congruentes con los conceptos de la lectura	Las ideas presentadas en el mapa integran de una forma adecuada la información contenida en la lectura. Incluye ideas no abordadas en la lectura
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4.2 ESTRATEGIA DE NUTRICIÓN AUTÓTROFA

4.2.1. Nociones que contribuyen a la construcción de una representación aproximada a la científica.

Primera etapa. Características de la nutrición autótrofa y su diferenciación de la nutrición heterótrofa.

La nutrición autótrofa es un tipo de alimentación que se caracteriza por la elaboración de compuestos orgánicos a partir de compuestos inorgánicos. Los únicos organismos capaces de llevarla a cabo son aquellos que poseen pigmentos fotosensibles y que tienen las enzimas necesarias para las transformaciones químicas que requiere este proceso, siendo este fenómeno exclusivo de bacterias, protoctistas autótrofos, plantas terrestres y acuáticas. Este tipo de nutrición no tiene ninguna equivalencia con la nutrición heterótrofa, ya que en esta última el alimento se toma ya elaborado y es procesado como se explicó en la estrategia de nutrición heterótrofa. Es indispensable reconocer que la fotosíntesis es una forma de alimentación y no un intercambio de gases equivalente o inverso a la respiración animal.

Segunda etapa. Características anatómico-funcionales de la nutrición autótrofa.

En la fotosíntesis participan diferentes estructuras vegetales, como la raíz, el tallo y las hojas. Las raíces se ramifican extensamente en el suelo hasta formar una red que ancla la planta con firmeza en su lugar, también absorben agua y sales minerales del suelo, necesarios para la síntesis de moléculas orgánicas. Estos minerales disueltos son transportados hacia el tallo y las hojas a través del sistema conductor de las plantas, pasando por un largo proceso que les permitirá ser transformados junto con otros ingredientes, en el alimento de las plantas.

Las raíces no tienen orificios ni tampoco hoyos, su estructura permite la entrada del agua por medio del proceso de ósmosis que se efectúa a lo largo de las paredes celulares que actúan como membranas semipermeables interconectadas. El agua, al llegar al centro de la raíz, pasa al sistema conductor de la planta.

Por otra parte, el tallo es un órgano que sostiene las hojas y las estructuras reproductivas, además provee a la planta de soporte. Las plantas pueden o no contener tejidos vasculares en sus tallos. Si los tienen están formados por células alargadas que permiten la conducción de agua y minerales desde el suelo hacia las hojas (xilema) o de los materiales elaborados en las hojas hacia las raíces (floema). En el caso de las plantas que no tienen tejidos vasculares en sus tallos, el agua y los nutrientes viajan de una célula a otra debido a la ósmosis y otros procesos.

Otra función de los tallos es producir tejido nuevo. El tallo crece formando yemas que se convierten en tallos con nuevas hojas y estructuras reproductivas.

Además de las funciones de sostén, conducción y producción de tejido nuevo, los tallos verdes de varias especies de plantas realizan la fotosíntesis.

Otra estructura que interviene de manera directa en la fotosíntesis son las hojas, estas estructuras foliares son delgadas y planas, una forma que permite la máxima absorción de energía luminosa y la difusión interna eficiente de gases. Debido a su disposición ordenada en el tallo y a su estructura adaptada para la fotosíntesis, las hojas capturan de manera eficiente la luz del sol y absorben el dióxido de carbono atmosférico para realizar la fotosíntesis.

Cuando se examina un corte transversal de una hoja vegetal al microscopio, se observan células con cloroplastos. También se observan las células del xilema y floema, así como los estomas. Los estomas permiten la entrada y salida de gases, pero también permiten el escape de agua a la atmósfera en forma de vapor.

Tercera etapa. Establecimiento del papel del suelo y del agua en el proceso de la nutrición autótrofa.

Papel del suelo. El suelo es una capa relativamente delgada de la corteza terrestre. Contiene sales minerales. Las sales minerales que se encuentran en el suelo provienen de los compuestos orgánicos que son desintegrados por bacterias y hongos. Estos organismos desempeñan un papel fundamental en la degradación de cadáveres, de restos de organismos y heces fecales. El suelo, también contiene diversidad de formas de vida que se alimentan de materia orgánica en descomposición, la que transforman en compuestos inorgánicos y que a su vez constituye la materia prima que utiliza la planta para realizar la fotosíntesis. E

s importante enfatizar que el suelo no es un alimento para las plantas sino un reservorio de sales minerales, agua y organismos descomponedores de materia orgánica muerta, éstos son materia prima que utiliza la planta para llevar a cabo la fotosíntesis.

Papel del agua. Todos los materiales inorgánicos entran a la planta disueltos en agua, lo que incrementa la importancia del agua para la vida vegetal. El agua es la fuente de hidrógeno indispensable para la construcción de moléculas orgánicas. Es también el solvente de la mayor parte de los solutos que se encuentran en las plantas y demás seres vivos y participa en las reacciones biológicas. En el caso particular de los vegetales se requiere incorporarla para compensar las pérdidas por transpiración.

Si bien el agua es esencial para llevar a cabo los procesos fisiológicos vegetales y animales, es importante reconocer que al igual que el suelo, tampoco es el alimento de las plantas, sino la materia prima que estará involucrada en las transformaciones de la fotosíntesis.

Cuarta etapa. Establecimiento del papel del aire en el proceso de la nutrición autótrofa.

El aire está compuesto por oxígeno, bióxido de carbono, nitrógeno, vapor de agua y otros gases en menor concentración. El bióxido de carbono se distribuye de manera uniforme en la atmósfera baja, de manera que las plantas lo encuentran en cantidad suficiente en su medio. Este gas entra a través de los estomas, localizados en las hojas y también puede hacerlo por las lenticelas de los tallos verdes. El bióxido de carbono al entrar en contacto con las células húmedas de la epidermis de las plantas, se disuelve en el agua y es absorbido en forma de ácido carbónico, difundiéndose a través de los estomas hasta llegar a los cloroplastos en dónde se llevan a cabo las transformaciones de la fotosíntesis. El carbono del bióxido de carbono pasa a formar parte del esqueleto de moléculas orgánicas sencillas que posteriormente darán origen a los carbohidratos, principalmente azúcares como la glucosa. Es importante señalar que el oxígeno es un producto de la fotosíntesis y no un requerimiento para que este proceso se realice.

Quinta etapa. Comprensión del papel de la luz en el proceso de la nutrición autótrofa.

La luz es uno de los recursos esenciales para las plantas; es una forma de energía procedente del sol y no una sustancia.

La luz que se usa en la fotosíntesis es la luz visible y ésta corresponde a las longitudes de onda que van de los 380 a 760 nanómetros, es decir una fracción pequeña de todo el espectro de energía radiante que el sol emite. La luz visible es transformada por procesos biofísicos en energía química o compuestos orgánicos durante la fotosíntesis. La energía contenida en la luz permite que los cloroplastos puedan utilizar el dióxido de carbono y el agua, para transformarlos en compuestos orgánicos.

Sexta etapa. Caracterización del proceso fotosintético a nivel celular.

La teoría celular constituye el fundamento de la biología, tan importante fue su establecimiento que sólo a través de su construcción se pudieron entender muchos procesos fisiológicos. De la misma manera es necesario que los alumnos construyan el concepto de célula y de la teoría celular para que puedan comprender cómo ocurre el proceso de la fotosíntesis.

La célula es la unidad fundamental de los seres vivos en la que se llevan a cabo todos los procesos vitales. Se reconocen dos tipos de células:

·           Las células animales (eucariontes) y,

·           Las células vegetales (eucariontes), las que junto con las bacterias (procariontes)  fotosintéticas, son las únicas capaces de llevar a cabo la fotosíntesis.

Cuando se examina un corte transversal de una hoja al microscopio, se observan células con cloroplastos, que son los organelos que realizan la fotosíntesis.

Los cloroplastos están limitados por dos membranas: una interna y otra externa. En su interior poseen toda la maquinaria enzimática que se requiere para la elaboración de carbohidratos. Esta consiste en pigmentos que dan su color característico a las plantas como la clorofila, y además las enzimas necesarias para la producción de glucosa.

La membrana interna del cloroplasto envuelve una región llamada estroma, que contiene las enzimas necesarias para producir las moléculas de carbohidratos. Suspendidos en el estroma se encuentra un conjunto de sacos aplanados interconectados, llamados tilacoides.

Los tilacoides, poseen membranas en las que se encuentran los pigmentos que dan su característico color a las plantas como la clorofila. Los tilacoides se encuentran apilados, a cada conjunto de ellos se les denomina granum y al conjunto de granum se les llama grana.

Séptima etapa. El papel de la clorofila en el proceso fotosintético.

Es importante que el alumno comprenda que la clorofila es un pigmento que interviene en la fotosíntesis y erradicar la creencia -como en algunas páginas de Internet se dice- que la clorofila es la sangre de las plantas. De ahí la importancia de enfatizar el papel de la clorofila en la fotosíntesis.

La clorofila es el principal pigmento que interviene en la fotosíntesis. Es una sustancia que es estimulada por la luz solar, es decir, emplea la energía de la luz para hidrolizar el agua, formando ATP y NADPH, que son compuestos con alta energía y necesarios para que en el estroma del cloroplasto se convierta el dióxido de carbono y el hidrógeno del agua en carbohidratos. 

Octava etapa. Caracterización del proceso osmótico a nivel celular.

La ósmosis es un proceso importante en los seres vivos que consiste en el paso de agua y sales que se encuentran en disolución a través de una membrana semipermeable desde una región de mayor concentración hacia otra de menor concentración. Este proceso ocurre a nivel celular.

En realidad la ósmosis es un tipo especial de difusión en dónde sólo las moléculas de agua pasan a través de la membrana dependiendo de las concentraciones que existan en el medio interno y externo de la célula. La absorción de agua a través de las raíces se realiza gracias a la ósmosis.

Debido a que éste proceso ocurre a nivel celular, si se pone una célula en una solución más concentrada que su interior, el agua tenderá a salir de la célula, por lo que la planta se encogerá o plasmolizará.

Por el contrario, si se pone a la célula en una solución menos concentrada, el agua tenderá a entrar a ella, por lo que se hinchará y reventará y la planta terminará por marchitarse. De ahí la importancia de que las células vegetales se encuentren en un medio cuya concentración de sales (solutos) sea la adecuada.

Novena etapa. Integración de conceptos relacionados con la fotosíntesis.

Las condiciones necesarias para que se realice la fotosíntesis son la presencia de agua, luz, dióxido de carbono y clorofila. Una célula fotosintética utiliza energía luminosa capturada por la clorofila para impulsar la síntesis de carbohidratos. Las reacciones globales de la fotosíntesis pueden resumirse con la siguiente fórmula que fue propuesta desde 1860.

luz

6 CO₂ + 6 H₂O        →     C₆ H₁₂ O₆ + 6 O₂

clorofila

donde:

CO₂ = dióxido de carbono

H₂O = agua

C₆ H₁₂ O₆ = glucosa

O₂ = oxígeno

La fórmula se lee de la siguiente manera:

6 moléculas de dióxido de carbono más 6 moléculas de agua, en el cloroplasto y en presencia de luz y clorofila, producen una molécula de glucosa liberándose 6 moléculas de oxígeno.

El oxígeno. Además del dióxido de carbono existe otro gas igualmente importante en el aire: el oxígeno.

En su forma molecular, el oxígeno (O₂) es liberado por las plantas verdes como producto de la fotosíntesis y representa el 20% de la atmósfera terrestre. Este oxígeno satisface los requerimientos de todos los organismos terrestres que lo respiran, además cuando se disuelve en el agua, cubre las necesidades de los organismos acuáticos.

4.2.2. Actividades experimentales sugeridas para abordar la enseñanza de la nutrición autótrofa.

Actividad experimental 1. Segunda etapa

Estructuras que participan en la nutrición autótrofa (raíz, tallo y hoja)

Preguntas generadoras:

1. ¿Dónde elaboran las plantas su alimento?
2. ¿Cómo participa la raíz en la nutrición autótrofa?
3. ¿Qué función desempeña el tallo en la nutrición autótrofa?
4. ¿Qué función desempeña la hoja en la nutrición autótrofa?

Planteamiento de las hipótesis:

Introducción

En la fotosíntesis participan diferentes estructuras vegetales, como la raíz, el tallo y las hojas. Estructuralmente, las raíces y los tallos proporcionan soporte a la planta para mantenerse erguida y anclada al suelo. Las hojas poseen estomas que al abrirse permiten la entrada y salida de gases con la consecuente pérdida de agua a la atmósfera en forma de vapor.

Fisiológicamente, las raíces efectúan la absorción de agua y sales minerales del suelo, necesarios para la síntesis de moléculas orgánicas. Los minerales disueltos son conducidos hacia el tallo y las hojas a través de tejidos vasculares. En su estructura, los tejidos vasculares están formados por células alargadas que permiten la conducción de agua y minerales desde el suelo hacia las hojas (xilema) o de los materiales elaborados en las hojas hacia las raíces (floema). Este eficiente sistema se conoce como “sistema conductor vegetal”.

Las hojas tienen una disposición ordenada en el tallo, lo que les permite capturar de manera eficiente la luz del sol y absorber el dióxido de carbono atmosférico a través de los estomas, que constituyen una importante estructura de intercambio de gases para realizar la fotosíntesis.

Objetivos:

·   Conocer diferentes tipos de raíces.

·   Mostrar la presencia de sistemas conductores en las plantas.

Observar las células estomáticas en hojas vegetales.

MaterialMaterial:

Portaobjetos y cubreobjetos

Navaja o bisturí

Material biológico:

Zanahoria

Raíz de cebolla de cambray

Raíz de ajo. NOTA: Si el ajo no presenta raíces, puedes dejarlo sobre agua sin sumergirlo durante 2 o 3 días.

Tallo y hoja de apio

Raíz, tallo y hoja de betabel

Jugo de betabel

Espinaca

Hoja de lirio

Sustancias:

Agua destilada

Equipo:

Microscopio óptico

Procedimiento:

A. Raíz

Observa los diferentes tipos de raíces y dibújalos. Enseguida haz cortes transversales y procede a observarlos con ayuda del microscopio.

B. Tallo

Realiza un corte transversal del tallo de apio y de la zanahoria y obsérvalos al microscopio con el objetivo de 10x. Con ayuda de un libro trata de identificar las estructuras que observas.

Luego vierte el jugo de betabel en un matraz Erlenmeyer de 500 ml. Corta el extremo inferior del tallo del apio e introduce el apio en el matraz que contiene el jugo de betabel. Deja que el apio permanezca el mayor tiempo posible dentro del jugo de betabel. Una vez que ha transcurrido el tiempo señalado, retira el apio del matraz, quita el exceso de jugo y realiza un corte transversal del tallo que no estuvo sumergido. Obsérvalo al microscopio con el objetivo de 10x ¿Qué observas? ¿Notaste algún cambio en el apio después de haberlo dejado sumergido dentro del jugo de betabel?

Posteriormente realiza cortes transversales de las partes del tallo de betabel que estuvieron sumergidas y obsérvalas al microscopio con el objetivo de 10x. Con ayuda de un libro identifica las estructuras que se observan.

C. Hoja

Realiza preparaciones temporales de la epidermis de la hoja de lirio para observar las células estomáticas. Con ayuda de un libro identifica las células estomáticas y dibújalos.

Resultados:

Elabora dibujos de raíz, tallo y hoja, con los nombres de las estructuras que observaste.

Análisis de los resultados:

Busca en la bibliografía esquemas de raíz, sistema conductor y hoja, y compáralos con los dibujos que realizaste en la práctica ¿De qué está constituida cada estructura?

Replanteamiento de las predicciones de los alumnos:

Conceptos clave: Raíz, tallo (xilema y floema), hoja, células estomáticas o estomas.

Relaciones. Este tema es trascendente debido a que los alumnos primero deben tener una visión macroscópica de las estructuras que intervienen en la nutrición autótrofa para que tengan un referente que les permita relacionar esta información con el nivel microscópico.

 

Actividad experimental 2. Tercera etapa

El papel del suelo y del agua en la nutrición autótrofa

Preguntas generadoras:

1. ¿De qué se alimentan las plantas?
2. ¿De qué manera participa el suelo en la nutrición autótrofa?
3. ¿Cuál es la función del agua en la nutrición autótrofa?

Planteamiento de las hipótesis:

Introducción

El suelo contiene sales minerales, hongos, bacterias y una diversidad de formas de vida. Estos microorganismos se alimentan de materia orgánica en descomposición, que transforman en compuestos inorgánicos y que a su vez constituye la materia prima que utiliza la planta para realizar la fotosíntesis.

La materia inorgánica entra a la planta disuelta en agua. Por su naturaleza, el agua no sólo es la fuente de hidrógeno indispensable para la construcción de moléculas orgánicas, sino también es el solvente de la mayor parte de los solutos que se encuentran en las plantas y demás seres vivos y participa en las reacciones biológicas. En el caso particular de los vegetales, éstos incorporan agua para compensar las pérdidas por transpiración. Aunque el suelo y el agua son esenciales para llevar a cabo los procesos fisiológicos de los vegetales, no son el alimento de las plantas, sino solamente son la materia prima que estará involucrada en las transformaciones químicas de la fotosíntesis.

Objetivo:

·        Establecer el papel del agua y del suelo en la nutrición autótrofa.

Material:

1 vaso de precipitados de 1000 ml

1 probeta de 100 ml

1 espátula

1 vidrio de reloj

1 agitador

4 envases de plástico de 250 ml aproximadamente

Regla en milímetros

Tezontle

Material biológico:

Plántulas de frijol

Tierra

Sustancias:

Nitrato de calcio

Sulfato de magnesio

Fosfato de potasio monobásico

Agua destilada

Equipo:

Balanza granataria electrónica

Procedimiento:

A. Preparación de la solución hidropónica.

Pesa 1.2 gr de nitrato de calcio, agrega 5 gr de sulfato de magnesio y añade 3 gr de fosfato de potasio monobásico. Disuélvelos en agua destilada y afóralos a 1 litro.

B. Siembra de las plántulas.

Selecciona doce plántulas de frijol y mide la longitud inicial de cada una. Después enumera cuatro envases de plástico (de aproximadamente 200 o 250 ml) y siembra tres plántulas por envase, con los sustratos que a continuación se mencionan:

·   En el envase 1 agrega tierra hasta cubrir las raíces de las plántulas y añade 10 ml de agua de la llave.

·   En el envase 2 acomoda el tezontle hasta cubrir las raíces de las plántulas y añade 10 ml de agua destilada.

·   En el envase 3 coloca tezontle hasta cubrir las raíces de las plántulas y añade 10 ml de agua de la llave.

·   En el envase 4 vierte la solución hidropónica y acomoda las plántulas cuidando de que las raíces queden sumergidas.

NOTA: Es importante que cada clase riegues y midas las plántulas, durante el tiempo que te indique tu profesor.

Para regar las plántulas añade:

·   Agua de la llave a los envases 1 y 3

·   Agua destilada al envase 2

·   Solución hidropónica al envase 4.

NOTA: Recuerda que se debe agregar la misma cantidad de agua o de solución hidropónica en los 4 envases, según sea el caso.

Resultados: Completa la siguiente tabla:

	Recipiente 1 Suelo + 10 ml de agua de la llave	Recipiente 2 Tezontle + 10 ml de agua destilada	Recipiente 3 Tezontle + 10 ml de agua de la llave	Recipiente 4 Solución hidropónica
Medición inicial
Medición 1
Medición 2
Medición 3
Medición 4
Medición 5
Medición 6

Análisis de los resultados:

Compara tus resultados con los obtenidos por los demás equipos y elabora tus conclusiones.

Replanteamiento de las predicciones de los alumnos:

Conceptos clave: Plántula de frijol, nutrición autótrofa, crecimiento, hidroponia, suelo.

Relaciones. Este tema es clave porque le permite al alumno comprobar que las plantas crecen en diferentes sustratos y que el agua y el suelo no son en sí mismos, los alimentos de la planta.

Actividad experimental 3. Cuarta etapa

Producción de oxígeno e identificación de glucosa en Elodea expuesta a la luz y a la oscuridad

Preguntas generadoras:

1. ¿Qué organismos producen el oxígeno en el planeta?
2. ¿Qué necesitan para producir oxígeno?
3. ¿Qué papel desempeña la luz en el proceso fotosintético?

Planteamiento de las hipótesis:

Introducción

Las plantas verdes liberan oxígeno molecular (O₂) como producto de la fotosíntesis y representa el 20% de la atmósfera terrestre. Este oxígeno satisface los requerimientos de todos los organismos terrestres que lo respiran, además cuando se disuelve en agua, cubre las necesidades de los organismos acuáticos.

La luz es uno de los recursos esenciales para las plantas; es una forma de energía procedente del sol y no una sustancia. La luz se transforma por procesos biofísicos en energía química durante la fotosíntesis.

La luz que se usa en la fotosíntesis corresponde a las longitudes de onda que van de los 380 a 760 nanómetros, es decir una fracción pequeña de todo el espectro de energía radiante que el sol emite. La energía contenida en la luz permite que los cloroplastos puedan modificar la estructura química del dióxido de carbono y el agua, para transformarlos en compuestos orgánicos.

Objetivos:

·   Conocer el efecto que produce la luz sobre las plantas de Elodea en condiciones de luminosidad y oscuridad.

·   Comprobar que las plantas producen oxígeno.

Material:

1 palangana

1 pliego de papel aluminio

1 vaso de precipitados de 250 ml

2 vasos de precipitados de 600 ml

1 caja de Petri ó vidrio de reloj

2 embudos de vidrio de tallo corto

2 tubos de ensayo

1 probeta de 10 ml

1 gotero

1 espátula

1 varilla de ignición (o pajilla de escoba de mijo)

Cerillos o encendedor

Material biológico:

2 ramas de Elodea

Sustancias:

Fehling A

Fehling B

Glucosa

Agua destilada

Equipo:

Balanza granataria electrónica

Parrilla con agitador magnético

Microscopio óptico

Procedimiento:

A. Montaje de los dispositivos.

Enjuaga con agua de la llave la planta de Elodea que se utilizará en la práctica. Selecciona dos ramas jóvenes. Verifica en la balanza granataria electrónica que las ramas pesen exactamente lo mismo.

Llena la palangana con agua de la llave. Lo siguiente deberá hacerse dentro de la palangana, por debajo del agua.

1. Introduce un vaso de precipitados de 600 ml
2. Coloca una rama de Elodea dentro de un embudo de vidrio de tallo corto e introduce el embudo en forma invertida al vaso de precipitados de 600 ml, cuidando que la planta se mantenga dentro del embudo.
3. Posteriormente introduce un tubo de ensayo y colócalo en forma invertida en el tallo del embudo, verificando que no contenga burbujas.
4. Saca el montaje y colócalo sobre la mesa. 

Repite la misma operación con la otra rama de Elodea.

Una vez que ya se tienen los dos montajes, colócalos a temperatura ambiente. Uno de ellos se dejará en condiciones de luminosidad natural y el otro se cubrirá con papel aluminio. Deja transcurrir 48 horas.

B. Después de transcurridas las 48 horas.

Antes de iniciar la actividad observa ¿Qué se formó en los tubos de ensaye de los montajes que dejaste en luz y en oscuridad?

Enseguida toma el montaje que se dejó en condiciones de luminosidad natural y agrega más agua al dispositivo, de tal manera que al sumergir la mano al vaso de precipitados, puedas tapar con el dedo pulgar ó índice la boca del tubo de ensayo que se encuentra invertido en el vaso de precipitados, con el propósito de impedir la salida del gas contenido en el interior del tubo.

Enciende una varilla de ignición (utiliza una pajilla de escoba de mijo), y espera hasta que aparezca una pequeña brasa, apaga la flama de la pajilla e introdúcela al interior del tubo que contiene el gas, observa qué le sucede a la brasa de la pajilla.

Repite los pasos 2 y 3 con el montaje que se dejó envuelto con el papel aluminio.

C. Preparación de las soluciones para realizar la prueba control y la prueba de identificación de glucosa

Pesa 1 gr de glucosa, colócala en un vaso de precipitados de 250 ml y agrega 100 ml de agua destilada para preparar una disolución de glucosa al 1%. Rotula el vaso de precipitados con la leyenda: Glucosa al 1%.

Toma todas las hojas de la planta de Elodea del montaje que se dejó en condiciones de luz, y tritúralas en un mortero hasta obtener un homogenizado.

Procede a realizar la prueba control y la prueba de identificación de glucosa y anota tus observaciones.

Prueba control:

Mezcla 2 ml de Fehling A y 2 ml de Fehling B en un tubo de ensayo, agrega 10 ml de la solución de glucosa al 1%. Agita suavemente. Calienta en baño maria hasta la ebullición y observa lo que sucede.

Prueba de identificación de glucosa:

Mezcla 2 ml de Fehling A y 2 ml de Fehling B en un tubo de ensayo, coloca el macerado de las hojas de Elodea. Ponlos a calentar en baño maria hasta la ebullición. Realiza una preparación temporal de Elodea y observa al microscopio con el objetivo de 10x.

Repite la parte C desde el paso 2, con el montaje que se dejó en condiciones de oscuridad.

Resultados:

Parte B. Anota tus observaciones de lo que se formó en el tubo de ensayo que dejaste en luz y en el tubo de ensayo que dejaste envuelto en papel aluminio.

¿Qué sucedió con la pajilla al acercarla a los dos tubos de ensayo? ¿Por qué crees que ocurrió esto?

Parte C. Si en la prueba de identificación de glucosa, se observa el cambio de coloración de azul a naranja, indica positivo para la presencia de glucosa.

Si al examinar la preparación en el objetivo de 10x se observan zonas teñidas de color naranja, indican positivo para la presencia de glucosa.

Análisis de los resultados:

¿Cómo se llama lo que se produjo dentro de los tubos de ensayo?

En tus propias palabras explica ¿Qué factores intervinieron en la producción de lo que apareció dentro de los tubos de ensayo? ¿Por qué?

¿Cuál es la importancia de la luz para la producción de oxígeno?

Replanteamiento de las predicciones de los alumnos:

Conceptos clave: Monosacáridos, glucosa, reacción, reactivo de Fehling, oxígeno.

Relaciones. Este tema es importante porque permite observar en el laboratorio la producción de oxígeno y de glucosa por las plantas expuestas a la luz y por lo tanto sirve para ubicar a los alumnos en la explicación de la importancia de la luz en la fotosíntesis.

Actividad experimental 4. Quinta y sexta etapas

Observación de cloroplastos en células vegetales y la ciclosis en Elodea

Preguntas generadoras:

1. ¿Qué es una célula?
2. ¿Cuál es la función del cloroplasto?
3. ¿Qué es y a qué se debe la ciclosis en las células vegetales?

Planteamiento de las hipótesis:

Introducción

En la Elodea, como en todas las angiospermas, los cloroplastos son estructuras discoidales o elipsoidales que miden entre 5-6 micras (µ) de diámetro y 1-2 micras (µ) de ancho. Puede haber docenas de cloroplastos en el citoplasma de cada célula. En su ultraestructura el cloroplasto esta rodeado por dos membranas. En su interior hay un material semifluido incoloro de naturaleza proteínica que constituye el estroma, donde se localizan la mayoría de las enzimas requeridas en las reacciones que allí ocurren.

La membrana interna se invagina formando dobleces pareados llamadas lamelas. A ciertos intervalos las lamelas se ensanchan y forman bolsas o sacos planos llamados tilacoides. Según el modelo de Hodge, la clorofila se encuentra dentro de los tilacoides entre capas de moléculas de proteínas y fosfolípidos. Tanto el estroma como las granas pueden ser vistos al microscopio óptico; sin embargo, para distinguir los tilacoides y las lamelas individuales es necesario el microscopio electrónico.

Objetivos:

·          Observar células vegetales.

·          Observar los cloroplastos en células vegetales.

·          Observar el movimiento de los cloroplastos (ciclosis) en las células de la planta acuática Elodea.

Material:

Portaobjetos y cubreobjetos

1 vidrio de reloj ó caja de Petri

2 agujas de disección

2 goteros

Navaja o bisturí

Material biológico:

Hojas y tallos de apio

Hojas de espinaca

Hojas de lechuga

Ramas de la planta de Elodea expuesta a la luz

Ramas de la planta de Elodea en oscuridad

Sustancias:

Azul de metileno

Agua destilada 200 ml

Agua de la llave

Equipo:

Microscopio óptico

Procedimiento:

A. Preparaciones temporales para observar cloroplastos.

Realiza preparaciones temporales de la epidermis de hojas y tallos de apio, espinaca y lechuga. Localiza los cloroplastos.

Para realizar preparaciones temporales:

1. Retira cuidadosamente, con ayuda de unas pinzas de disección, la epidermis del tallo de apio.
2. Colócala en un portaobjetos, agrega una gota de agua de la llave y pon un cubreobjetos.
3. Observa en el microscopio con el objetivo de 10x, después cambia al objetivo de 40x.
4. Realiza esquemas de tus observaciones.

Repite el procedimiento con la epidermis de hoja de espinaca.

NOTA: Para resaltar los cloroplastos agrega una gota de azul de metileno.

B. Para observar la ciclosis en los cloroplastos de Elodea.

Selecciona una hoja joven de la planta de Elodea, colócala en un portaobjetos con el envés hacia arriba, agrega una gota de agua de la llave, y pon el cubreobjetos. Coloca la preparación en el microscopio y obsérvala con el objetivo de 10x ¿Observas movimiento?

Indica cuántos cloroplastos observaste en cada célula, Observa con el objetivo de 10x.

Después cambia al objetivo de 40x, ubica un cloroplasto al centro del campo de observación. Descríbelo.

Resultados:

Elabora dibujos de los cloroplastos con sus nombres. Indica cuántos cloroplastos observaste en cada célula, con el objetivo de 10x.

Análisis de los resultados:

¿Cuál es la función del cloroplasto?

¿A qué crees que se debe la ciclosis?

Replanteamiento de las predicciones de los alumnos:

Conceptos clave: Célula vegetal, cloroplasto, ciclosis.

Relaciones. Este tema es importante porque ubica al alumno en el nivel microscópico, permitiéndole conocer una célula vegetal y reconocer los cloroplastos como los organelos en los que se lleva a cabo la fotosíntesis.

 

Actividad experimental 5. Séptima etapa

Identificación de clorofilas a y b

Preguntas generadoras:

1. ¿En qué estructura se encuentra la clorofila?
2. ¿Cuál es la función de la clorofila?
3. ¿De qué color es la clorofila y a qué crees que se deba esto?

Planteamiento de las hipótesis:

Introducción

La técnica de cromatografía consiste en la separación de una mezcla de sustancias disueltas, apoyándose en la velocidad diferente con que se eleva cada uno de los solutos a través de un medio poroso al ser arrastrado por un solvente.

La clorofila es el principal pigmento de la fotosíntesis, emplea la energía de la luz para hidrolizar el agua, formar ATP y NADPH, que son compuestos con alta energía y necesarios para que en el estroma del cloroplasto se convierta el dióxido de carbono en carbohidratos. 

Objetivo:

·         Separar los pigmentos vegetales de la espinaca (clorofila a y b) utilizando el método de cromatografía en papel.

Material:

Papel filtro

8 vasos de precipitados de 100 ml

2 vasos de precipitados de 250 ml

1 vidrio de reloj o caja de Petri

1 pinza de disección

1 probeta de 100 ml

1 probeta de 10 ml

1 agitador

3 clips

1 lápiz

1 crayón

1 tijeras

1 regla

Etiquetas

Material biológico:

Manojo de espinacas frescas

Sustancias:

Alcohol etílico 100 ml

Acetona 100 ml

Agua destilada

Equipo:

Balanza granataria electrónica

Parrilla con agitador magnético

Procedimiento:

Enjuaga con agua de la llave dos hojas de espinaca y córtalas en pedazos pequeños.

Añade 200 ml de agua destilada en un vaso de precipitados de 250 ml y agrega las espinacas previamente cortadas, cuidando que el agua las cubra completamente.

Pon el vaso en una parrilla con agitador magnético hasta que llegue al punto de ebullición.

Mientras tanto, prepara los siguientes solventes:

·         En un vaso de 100 ml coloca 50 ml de alcohol etílico y rotúlalo con la leyenda: “50 ml de alcohol etílico”.

·         En otro vaso de 100 ml vierte 50 ml de acetona y coloca una etiqueta con la leyenda: “50 ml de acetona”.

·         Por último, en otro vaso de 100 ml prepara una disolución añadiendo 25 ml de alcohol etílico + 25 ml de acetona y procede a etiquetarlo.

Una vez que se ha enfriado el vaso en el cual se calentaron las espinacas, retíralas del vaso con las pinzas de disección y pésalas.

Distribúyelas en 3 porciones en los solventes que antes preparaste y agita su contenido hasta obtener un color verdoso, que indicará la presencia de clorofila.

De cada uno de los vasos toma las siguientes muestras y procede a etiquetarlos:

·   10 ml de alcohol etílico + clorofila

·   10 ml de acetona + clorofila

·   10 ml de la mezcla de alcohol etílico y acetona + clorofila.

Recorta con unas tijeras, tres tiras de papel filtro de aproximadamente 10 X 2 cm

Realiza una perforación en cada una de las tiras de papel filtro con el clip, a la altura del vaso de precipitados de 100 ml, esto permitirá que la tira de papel filtro se mantenga vertical sobre el solvente.

Coloca una tira en cada vaso con las soluciones antes mencionadas y espera a que el solvente ascienda por el papel filtro.

Quita el papel cuando el solvente esté a un centímetro del extremo superior del papel filtro.

Resultados:

Deja que el papel filtro se seque y pégalo en el reporte de la práctica que entregarás a tu profesor.

Análisis de los resultados:

¿Cuántas bandas de colores diferentes observas en el papel filtro?

Haz una lista de los colores en el orden que aparecen de arriba abajo.

Con la ayuda de un libro indica ¿Cuál es el nombre de cada uno de los pigmentos?

De acuerdo a los resultados de esta práctica ¿Cuáles de estos pigmentos identificaste?

Replanteamiento de las predicciones de los alumnos:

Conceptos clave: Pigmentos fotosintéticos, clorofila, cromatografía, soluto, solvente.

Relaciones. Esta actividad de laboratorio es importante porque ayuda a que los estudiantes construyan su concepto de fotosíntesis a nivel celular con la identificación de pigmentos tales como las clorofilas a y b.

Actividad experimental 6. Octava etapa

Efecto de la ósmosis en la papa

Preguntas generadoras:

1.    ¿En qué consiste el proceso de la ósmosis?

2.    ¿En qué parte de la célula se efectúa la ósmosis?

3.    ¿Qué efecto tienen las diferentes concentraciones de sal sobre la papa? ¿A qué se deben?

Planteamiento de las hipótesis:

Introducción

La ósmosis es un tipo de transporte pasivo con el cual la membrana semipermeable permite la entrada y salida del agua y las sales que se encuentran en disolución, entre ellas tenemos al cloruro de sodio que al disociarse en iones Na⁺ y Cl^- regula la cantidad del agua dentro de la célula.

Las soluciones isotónicas son aquellas que tienen la misma concentración de solutos en ambos lados de la membrana, de modo que no ocurre ganancia o pérdida neta de agua. Por otro lado, si se coloca una célula en una solución hipotónica, es decir, que la concentración de soluto es menor fuera de la célula que dentro de ella, el agua tiende a entrar a la célula. En el caso de las células vegetales que se encuentran en un ambiente hipotónico, la vacuola se llena de agua provocando el surgimiento de una presión conocida como presión de turgor o turgencia, a ella se debe la posición vertical de las plantas. Existe otro tipo de soluciones llamadas hipertónicas, que provocan la pérdida de agua en la célula causando su encogimiento o plasmólisis.

Objetivo:

• Investigar la acción de las soluciones hipotónicas, hipertónicas e isotónicas sobre las células de la papa.

Material:

3 vasos de precipitados de 50 ml

Navaja o bisturí

Horadador del número 9

Portaobjetos y cubreobjetos

3 clips

Etiquetas

Material biológico:

Papa mediana

Sustancias:

100 ml de solución de cloruro de sodio al 1%

100 ml de solución de cloruro de sodio al 20%

Agua destilada.

Safranina o azul de metileno.

Equipo:

Balanza granataria electrónica

Microscopio óptico

Procedimiento:

Coloca tres vasos de precipitados de 50 ml y enuméralos en el siguiente orden:

·         En el vaso 1 agrega 30 ml de agua destilada

·         En el vaso 2 agrega 30 ml de disolución de NaCl al 1%

·         En el vaso 3 agrega 30 ml de disolución de NaCl al 20%

Obtén 3 cilindros de papa con el horadador número 9.

Corta los extremos de los cilindros hasta obtener pedazos de papa con la misma masa (peso).

Extiende un clip e introdúcelo por uno de los extremos de la papa cuidando que atraviese la papa en línea recta hasta que salga por el otro extremo.

Sumerge los 3 cilindros de papa con los clips atravesados, en los vasos de precipitados 1, 2 y 3. Deja transcurrir 10 minutos. Después de este tiempo  extrae los pedazos de papa de los vasos de precipitados, retira el clip y el exceso de agua y pésalos uno por uno en la balanza granataria electrónica. Registra tus resultados en la tabla de abajo.

Repite la operación cada 10 minutos durante 1 hora. NOTA: Es importante que los cilindros de papa queden totalmente sumergidos en las soluciones de cloruro de sodio y agua destilada.

Después de haber tomado los datos durante 1 hora, saca los cilindros de papa y realiza cortes transversales de cada uno de ellos. Obsérvalos al microscopio con el objetivo de 10x. Para observarlos mejor puedes agregar una gota de colorante safranina o azul de metileno. Elabora dibujos de lo que observaste y anota tus resultados.

Resultados:

Masa de la papa/tiempo	Agua destilada	NaCl al 1%	NaCl al 20%
Inicial
10 min
20 min
30 min
40 min
50 min
60 min

Análisis de los resultados:

·   ¿A qué se deben las variaciones de la masa de la papa en las diferentes concentraciones de NaCl?

·   ¿Qué diferencias notaste en las células de los tres cilindros de papa? ¿A qué se deben?

·   Explica cómo se realizó el proceso de ósmosis en la papa.

·   ¿Qué conclusiones puedes establecer a partir de los datos obtenidos en la tabla?

Replanteamiento de las predicciones de los alumnos:

Conceptos clave: ósmosis, soluto, solvente, solución isotónica, solución hipertónica, solución hipotónica.

Relaciones. En este tema es fundamental que los alumnos posean conocimientos básicos de química para que puedan comprender el efecto que produce la osmosis sobre la papa al estar expuesta a diferentes concentraciones de cloruro de sodio.

Esta actividad experimental es importante porque permite a los alumnos comprender que el aspecto de las células varía dependiendo de las concentraciones de salinidad a las que estén expuestas.

Actividad experimental 7. Quinta etapa

Determinación de oxigeno por el método de sensores en  Elodea en condiciones de luz y  oscuridad

Preguntas generadoras:

1.    ¿En qué etapa de la fotosíntesis se libera oxigeno?

2.    ¿En qué organelo se realiza el proceso de fotosíntesis?

3.    ¿Cuáles son los principales espectros de la luz que absorben las plantas?

Planteamiento de las hipótesis:

Introducción

La luz es uno de los recursos esenciales para las plantas; es una forma de energía procedente del sol. La luz se transforma en energía química durante la fotosíntesis.

La luz que se usa en la fotosíntesis corresponde a una pequeña parte del espectro electromagnético, es decir, es la luz cuyas longitudes de onda van de los 380 a 760 nanómetros. La energía contenida en la luz permite que los cloroplastos puedan modificar la estructura química del dióxido de carbono y el agua, para transformarlos en compuestos orgánicos. Un producto de la fotosíntesis es el oxígeno, el cual satisface los requerimientos de los organismos terrestres.

Objetivo:

·          Comprobar la producción de oxígeno en Elodea en condiciones de luz y oscuridad  por el método de sensores.

Material:

1 pliego tamaño carta de papel aluminio           

Material biológico:

3 ramas de Elodea

Equipo:

Computadora compatible

Software Vernier

Interfase

Sensor de oxígeno disuelto

Tarjeta electrónica para interfase

Procedimiento:

Prepara la computadora para la colección de datos, en el archivo referente a sensores, abre la parte correspondiente a O₂ Gas Sensor (sensor de oxígeno disuelto), deberás calibrar con media hora de anticipación antes de realizar el experimento.

Conecta el sensor a la interfase y ésta a la computadora, enciéndela y entra al programa Vernier, reconoce las entradas y calibra.

Selecciona gráfica en tiempo real e indica el tiempo de toma de datos, quedando así lista para iniciar la obtención de datos.

Coloca una rama de Elodea en el recipiente O₂ Gas Sensor, colócalo en presencia de luz solar; conecta el sensor  y registra los datos durante una hora.

Prepara un segundo recipiente de la misma forma y envuélvelo en papel aluminio, para mantenerlo en oscuridad. Coloca el sensor e inicia la obtención de datos.

Determina en pantalla el tiempo de una hora con intervalos de medición de 5 minutos.

Da un click en Collect e inicia la medición.

Cada uno de los recipientes se colocarán de manera en que aparecen en la siguiente figura:

Resultados:

En un disco de 3 ½ guarda los datos que colectaste y las gráficas que se obtienen de estos datos.

Imprime las gráficas y analízalas.

Análisis de resultados:

Con la asesoría de tu profesor interpreta y explica cada una de las gráficas obtenidas, compáralas y fundamenta tu respuesta.

Replanteamiento de las predicciones de los alumnos:

Conceptos clave: Sensor, calibración, oxígeno, espectro de luz, relación de la luz con la fotosíntesis.

4.2.3. Lecturas

Lectura 1. De la luz a la glucosa

Los únicos organismos vivos que habitan la Tierra y que pueden producir su alimento (glucosa), son aquellos capaces de transformar un tipo de energía en otra: ya sea de energía química a energía química, proceso conocido como quimiosíntesis, o de energía luminosa a energía química, como ocurre en la fotosíntesis (foto: luz; síntesis: unión). La luz solar es la fuente de energía que utilizan las plantas verdes para producir su  alimento: la glucosa.

Pero ¿Cómo ocurre esto?

Primero debemos entender que la luz es una forma de energía capaz de realizar o desencadenar ciertos procesos, por ejemplo con nuestro control remoto podemos prender o apagar la televisión o la radio por medio de la luz infrarroja que emite nuestro control, esta luz es invisible para nuestros ojos, sin embargo el hecho es que si presionamos el botón funcionan los aparatos. Otro ejemplo son los insectos, que son capaces de ver los colores ultravioleta que nosotros no podemos ver. Así, a la luz que sí vemos se le llama “espectro visible” e incluye las longitudes de onda que dan los colores que van desde el violeta hasta el rojo; siendo el violeta el que tiene una longitud de onda más corta (380 nm) y el rojo, el de la mayor longitud de onda que podemos observar (750 nm). Por longitud de onda debemos entender, la distancia que hay entre dos crestas (o dos valles) consecutivas de una onda, además se representa con el símbolo λ y se mide en unidades de nanómetros (nm).

Desde el punto de vista de la Física, la naturaleza de la luz es doble, lo que significa que se comporta como onda pero también como partícula energética. El comportamiento ondular de la luz se manifiesta en la correspondencia de cada color del espectro visible con una determinada longitud de onda (λ); la segunda cualidad de la luz es actuar como partícula energética o fotón, lo que significa que al chocar la luz contra los objetos, unos colores se reflejarán y otros serán absorbidos.

Pero ¿Qué tiene que ver la luz con las plantas?

Si observamos cortes muy finos de hojas y tallos de plantas con ayuda de un microscopio, nos daremos cuenta que las plantas están formadas por infinidad de células fotosintéticas, cada una de ellas conteniendo en su interior estructuras llamadas cloroplastos, los cuales a su vez presentan unas láminas parecidas a monedas apiladas, llamadas tilacoides, dentro de las cuales se encuentra la clorofila (cloro: verde; fila: hoja). La clorofila es un pigmento capaz de atrapar la energía luminosa y transformarla en energía química (o sea en ATP).

Esto implica que si vemos a las plantas de color verde es debido a que sus células tienen clorofila, pigmento que participa en la síntesis de la glucosa. Ahora bien, la glucosa tiene 6 átomos de carbono  en su estructura, entonces la pregunta que surge a partir de esto es: ¿De dónde saca la planta esos carbonos? Para contestar esta pregunta debemos recordar los experimentos de Calvin y Benson, quienes marcaron el carbono del bióxido de carbono (CO₂), con carbono 14 y encontraron que formaba parte de la glucosa, lo que implica que  el carbono de la planta proviene del CO₂ que adquieren del aire.

¿Qué partes de la planta están formadas por carbono?

La presencia de carbono en todos los órganos de las plantas, como lo son las hojas, tallo, raíz, fruto y semillas, provienen de esta capacidad que tienen de fijar el carbono que se encuentra en el aire y transformarlo en estructuras orgánicas que presentan carbono como: la glucosa, almidón, celulosa, hemicelulosa, entre otras macromoléculas. Desde el punto de vista científico, este proceso es resultado de la evolución de las células procariontes y eucariontes, así como de la evolución de los pigmentos fotosensibles como la clorofila.

Instrumento para el análisis y evaluación de la lectura.

1.    Elabora una lista con los conceptos que encontraste en la lectura anterior (individual).

2.    Elabora una lista jerarquizada de dichos conceptos (individual).

3.    Elabora un mapa conceptual con los conceptos anteriores (equipo).

4.    Plenaria (cada equipo presenta ante el grupo su mapa conceptual).

5.    Evaluación mediante la siguiente rúbrica:

Criterios	Principiante (6)	Intermedio (8)	Avanzado (10)	Puntaje
Detección de conceptos	Detecta alguno de los conceptos principales de la lectura	Detecta los conceptos principales y secundarios	Detecta los conceptos principales, secundarios y recurrentes
Jerarquización	Ausencia de una estructura jerárquica	Establece los conceptos centrales	Se observa una buena organización jerárquica a todos los niveles.
Estructuración de ideas	Carece de lógica en su estructura conceptual	Presenta ideas congruentes con los conceptos de la lectura	Las ideas presentadas en el mapa integran de una forma adecuada la información contenida en la lectura. Incluye ideas no abordadas en la lectura
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Lectura 2. Ósmosis: Un caso de difusión

¿Quiénes contribuyeron al  descubrimiento de la ósmosis?

Los primeros estudios del fenómeno de la ósmosis se remontan a las investigaciones de Nollet, en 1748,  quién a una vejiga  animal le colocó alcohol de un lado y agua del otro, observó que el agua fluía a través de la vejiga para mezclarse con el alcohol, pero de ninguna manera el alcohol se mezclaba con el agua. (A la sustancia capaz de atravesar una membrana se llama solvente, y la que no puede fluir a través de ella es conocida como soluto).

Sin embargo, el descubrimiento de la ósmosis en membranas semipermeables como un flujo osmótico fue realizado por  Henri Dutrochet (1776-1847) quién en 1828, descubrió este fenómeno cuando observó que la difusión del solvente a través de una membrana semipermeable ocurría siempre de la solución de menor concentración de un soluto, hacia la solución de mayor concentración, además, concluyó que el solvente es capaz de desarrollar una presión osmótica. (La presión osmótica de una solución es igual a la presión gaseosa que el soluto ejercería, si estuviera presente en forma de gas, en un volumen igual al volumen de la solución; en otras palabras, es la presión contraria que se necesita para evitar la ósmosis).

En 1877, Wilhelm Pfeffer, utilizó agua como solvente y sacarosa como soluto para estudiar cuantitativamente el movimiento del agua a través de membranas. Años después conjuntamente con Hugo de Vries entre 1871 y 1888, describieron las respuestas de células vegetales con diferentes soluciones.

¿Cómo es la estructura de la membrana plasmática?

Existen dos componentes de la membrana plasmática: los lípidos y las proteínas. Los lípidos forman una doble capa en la que las cabezas hidrofílicas (afines al agua)  se disponen en la superficie y las colas hidrofóbicas (no afines al agua) en el interior. Los glucolípidos (moléculas formadas por azúcares y lípidos) de la membrana tienen estructura similar a los fosfolípidos (moléculas formadas de lípidos y fósforo), excepto que la cabeza hidrofílica corresponde a diversos azúcares, los cuales participan en funciones protectoras. Las proteínas por su parte, se encuentran inmersas en la doble capa de lípidos ya sea para funcionar como “acarreadores” o bien como componentes integrales de la membrana, algunas proteínas incluyen una cadena de carbohidratos que se proyecta hacia el exterior.

¿La membrana celular es de naturaleza fluida?

En efecto, los desplazamientos de los iones o moléculas a través de las membranas de los seres vivos son regulados por mecanismos específicos y siguen las leyes fundamentales de la Física. Como se mencionó anteriormente, la membrana plasmática y en general todas las membranas biológicas, están integradas por una doble capa de fosfolípidos (que tiene la consistencia del “aceite de oliva”), que actúa como barrera para la mayoría de las moléculas polares. Esta propiedad impide que salga el contenido soluble al agua de la célula y además condiciona la difusión de cualquier molécula por su solubilidad relativa en grasas, por su tamaño, se sabe que las moléculas pequeñas difunden más fácilmente y por su carga iónica. Por ejemplo, moléculas pequeñas como el H₂O, el CO₂ y otras, si no están cargadas, aunque sean polares, pueden difundir muy rápidamente debido a que la membrana ha desarrollado mecanismos especiales de transporte.

¿Que relación existe entre solubilidad, solvente y soluto?

Sí los iones y las moléculas de tamaño normal son del todo solubles en agua, forman soluciones; por lo tanto, la solubilidad es la propiedad que tienen las sustancias, gaseosas, líquidas ó sólidas, de intercalar sus moléculas con las de un solvente, es decir, el líquido en que se disuelven. Esta propiedad depende en gran parte de las características de la sustancia que se disuelve, que se llama soluto.

¿Qué es la ósmosis?

El movimiento de moléculas de agua a través de una membrana semipermeable (que permite el paso de algunas sustancias mientras bloquea el de otras) se conoce como ósmosis (del griego osmos= impulso) y da como resultado el movimiento de las moléculas del agua a través de una membrana en respuesta a diferencias en la concentración de los solutos. Es decir el agua se mueve de una región de menor concentración de soluto (y, por tanto, de mayor concentración de agua) a una región de mayor concentración de soluto (menor concentración de agua). Las células, tanto vegetales como animales, debido a su contenido soluble en agua separado del medio circundante por una membrana semipermeable, presentan fenómenos osmóticos. Es lógico, que el movimiento osmótico de agua a través de la membrana celular semipermeable causa algunos problemas cruciales a los sistemas vivos.

Las células de acuerdo a las concentraciones de solutos o agua pueden ser isotónicas, hipotónicas o hipertónicas con relación a su ambiente. El término isotónico se usa para describir dos o más soluciones que tienen el mismo número de partículas disueltas por unidad de volumen y, por tanto, el mismo potencial hídrico (medida de la entrada de agua). No hay movimiento neto de agua a través de una membrana que separa dos soluciones isotónicas.

Por otra parte, cuando la concentración  tiene menos soluto se conoce como hipotónica, y la que tiene más soluto se le llama hipertónica. En la ósmosis, las moléculas de agua difunden de una solución hipotónica (o desde el agua pura) a una solución hipertónica a través de una membrana selectivamente permeable.

¿Por qué se presenta  la plasmólisis en las células?

El efecto osmótico en la célula animal se comprueba directamente por el fenómeno llamado “plasmólisis”. Esto ocurre cuando una célula animal viva se introduce en un vaso con agua con una concentración arriba del 0.9 % de cloruro de sodio (NaCl) que es un ambiente hipertónico y por lo tanto sale agua de la célula que tiene menor concentración de solutos, por lo que se contrae la membrana celular llegando a presentar formas estrelladas.

Sin embargo, cuando se coloca una célula vegetal en una solución hipotónica, ocurre la expansión del citoplasma porque la vacuola central absorbe el agua y la membrana plasmática ejerce presión contra la pared celular de naturaleza  rígida; la célula no estalla porque la pared celular no lo permite, en este caso, la presión ejercida es muy importante en las células vegetales para mantener la posición vertical de la planta.

¿Qué es la turgencia y en que tipo de células se presenta?

Las membranas de las células vegetales resisten mecánicamente las presiones osmóticas de una solución hipotónica, restringiendo el flujo del agua hacia el interior de la célula. Este comportamiento hace que la pared celular se distienda, ejerciendo una presión suficientemente grande para balancear la diferencia de las presiones osmóticas de la solución externa e interna. A la presión ejercida por la membrana celular sobre la solución interna de la célula se llama presión de turgor ó turgencia. Este fenómeno ocurre porque la membrana celular en realidad es poco elástica y el incremento del volumen celular, debido a la entrada de un poco de agua, produce un incremento apreciable en la turgencia.

Para finalizar, repasemos los ejemplos de la ósmosis que observaste en el laboratorio.

El Paramecium es un protozoario que carece de pared celular o estructura que lo proteja de los choques osmóticos, pero poseen vacuolas contráctiles especiales que les permiten bombear hacia fuera cualquier exceso de agua. En el caso de Solanum tuberosum mejor conocida como papa, al ser estudiada en condiciones hipertónicas, hipotónicas e isotónicas en un medio salino y agua destilada, se puede observar que una muestra aumenta de masa (pesa más) , la otra disminuye  (pesa menos) y el peso de la última permanece igual.

Instrumento para el análisis y evaluación de la lectura.

a)    Elabora una lista con los conceptos que encontraste en la lectura.

b)    Elabora una lista jerarquizada de dichos conceptos.

c)    Elabora un mapa conceptual con los conceptos encontrados.

d)    Evaluación mediante una rúbrica:

Criterios	Principiante (6)	Intermedio (8)	Avanzado (10)	Puntaje
Detección de conceptos	Detecta alguno de los conceptos principales de la lectura	Detecta los conceptos principales y secundarios	Detecta los conceptos principales, secundarios y recurrentes
Jerarquización	Ausencia de una estructura jerárquica	Establece los conceptos centrales	Se observa una buena organización jerárquica a todos los niveles.
Estructuración de ideas	Carece de lógica en su estructura conceptual	Presenta ideas congruentes con los conceptos de la lectura	Las ideas presentadas en el mapa integran de una forma adecuada la información contenida en la lectura. Incluye ideas no abordadas en la lectura
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Lectura 3. La importancia de la fotosíntesis

¿Qué es la fotosíntesis?

La fotosíntesis es la forma de alimentación autótrofa más abundante en la Tierra. De este proceso las plantas, algas y bacterias obtienen azúcares que pueden seguir tres caminos: el primero es obtener energía de ella, el segundo construir estructuras como: pared celular, madera, corcho, etc., y el tercer camino es formar substancias de reserva como el almidón. Las fuentes de energía en la Tierra siempre se encuentran limitadas, inclusive la radiación solar se extinguirá dentro de millones de años. Esta fuente de energía es la que sostiene la vida en la Tierra, la única forma en que los seres vivos pueden aprovechar la energía solar es a través de su transformación a energía química que realizan los organismos fotosintéticos.

Los organismos fotosintéticos emplean la energía solar para transformar los compuestos inorgánicos como agua y dióxido de carbono en compuestos orgánicos como la glucosa. La glucosa al formar el cuerpo de los organismos fotosintéticos sirve de alimento a los herbívoros y éstos a los carnívoros de primer nivel, los que a su vez alimentan a los carnívoros de segundo nivel. Todos los seres vivos al morir o eliminar desechos alimentan a otros organismos como hongos y bacterias. Así se construyen las redes alimentarias de los ecosistemas.

¿Pueden los organismos heterótrofos vivir sin los autótrofos?

Los organismos heterótrofos como el ser humano y los otros animales dependen totalmente de los organismos autótrofos, inicialmente para alimentarse y para obtener el oxígeno que ellos desechan durante la fotosíntesis. El oxígeno que se elimina durante la fotosíntesis proviene de la molécula de agua y se libera a la atmósfera en donde se mezcla para formar parte del aire. Hace millones de años surgieron algunos organismos autótrofos capaces de emplear el agua como fuente de hidrógenos para formar las moléculas orgánicas, en ese tiempo la atmósfera no contenía oxígeno libre, por lo que los organismos que habitaban la Tierra eran anaerobios, un tipo de respiración incompleta, esto es, en su respiración no empleaban el oxígeno.

La acumulación de oxígeno liberado por los organismos fotosintéticos ocasionó una verdadera crisis para los seres vivos de esa época, muchos se extinguieron, otros se restringieron a vivir en zonas donde no existiera el oxígeno, otros más con sus cubiertas protectoras impidieron el contacto con este gas con las partes más sensibles, y otros pudieron utilizarlo para completar su respiración. Esta última forma de utilizar el oxígeno para completar la respiración proporcionó más energía por molécula de glucosa que la respiración en la que no participa el oxígeno.

Esta cantidad adicional de energía se vio favorecida por selección natural y poco a poco fue siendo el tipo de respiración predominante sobre la Tierra. Actualmente la mayoría de los organismos multicelulares plantas, animales y hongos emplean el oxígeno en la respiración y muchos unicelulares también son aerobios (emplean el oxígeno en su respiración).

Es claro entonces que los animales dependemos doblemente de los organismos autótrofos para alimentarnos y para poder respirar el oxígeno que ellos producen.

¿Pueden los autótrofos vivir sin los heterótrofos?

Si los autótrofos producen su propio alimento a partir de materia inorgánica empleando la luz solar entonces pueden vivir perfectamente sin los heterótrofos. Y por lo que se refiere a su respiración, ellos, los autótrofos son la mayoría aerobios, pero el oxígeno que utilizan en la respiración es el que se encuentra en la atmósfera y que se libera durante la fotosíntesis. Es entonces claro que los autótrofos pueden vivir sin los heterótrofos formando probablemente tramas alimenticias más sencillas pero que se estabilizarían al transcurrir el tiempo.

Instrumento para el análisis y evaluación de la lectura.

1.    Elabora una lista con los conceptos que encontraste en la lectura anterior (individual).

2.    Elabora una lista jerarquizada de dichos conceptos (individual).

3.    Elabora un mapa conceptual con los conceptos anteriores (equipo).

4.    Plenaria (cada equipo presenta ante el grupo su mapa conceptual).

5.    Evaluación mediante una rúbrica.

Criterios	Principiante (6)	Intermedio (8)	Avanzado (10)	Puntaje
Detección de conceptos	Detecta alguno de los conceptos principales de la lectura	Detecta los conceptos principales y secundarios	Detecta los conceptos principales, secundarios y recurrentes
Jerarquización	Ausencia de una estructura jerárquica	Establece los conceptos centrales	Se observa una buena organización jerárquica a todos los niveles.
Estructuración de ideas	Carece de lógica en su estructura conceptual	Presenta ideas congruentes con los conceptos de la lectura	Las ideas presentadas en el mapa integran de una forma adecuada la información contenida en la lectura. Incluye ideas no abordadas en la lectura
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4.3. ESTRATEGIA DE RESPIRACIÓN

4.3.1. Nociones que contribuyen a la construcción de una representación aproximada a la científica

Primera etapa. La respiración como característica común de los seres vivos.  

La respiración es una función general de los seres vivos que consiste en transformar la energía potencial contenida en las moléculas orgánicas, que provienen de la nutrición heterótrofa o autótrofa, en energía utilizable por las células. Los productos de desecho de esta transformación son el dióxido de carbono y el agua. 

Segunda etapa. Estructura y función del aparato respiratorio humano.

El aparato respiratorio de los humanos es el típico de todos los mamíferos. Los órganos que forman este aparato son: la boca, fosas nasales, faringe, laringe, tráquea y pulmones, éstos últimos están formados principalmente por los bronquios y bronquiolos.

Al tomar el aire del medio, éste pasa primero a las fosas nasales, dos cavidades con dos pares de aberturas cada una, situadas anterior y posteriormente, las primeras están situadas en la nariz y se mantienen en contacto con el exterior, las segundas se comunican con el interior. Las fosas nasales tienen vellos que actúan como un filtro que atrapa las partículas de polvo, están separadas de la boca por el paladar y sus paredes están tapizadas por una membrana con glándulas que producen moco.

Después de pasar por las fosas nasales, el aire se dirige a la faringe, órgano que tiene la característica de ser un segmento común del aparato respiratorio y digestivo. La faringe es sólo un lugar de paso, y al igual que las paredes de las fosas nasales, sus paredes están revestidas de una capa mucosa que atrapa las partículas de polvo que llegan hasta ahí. Durante la deglución se inhibe o se detiene el paso de aire.

De la faringe, el aire pasa a la laringe, órgano con una estructura llamada epiglotis que evita que los alimentos pasen a las vías respiratorias. Posteriormente, el aire se dirige a la tráquea que es un órgano de forma tubular que contiene anillos de cartílago duro que mantienen abierta la vía aérea. Aproximadamente la mitad de la tráquea se encuentra en el cuello y la otra mitad en el tórax, en este último lugar la tráquea se ramifica y forma dos estructuras; los bronquios, que se dividen a su vez en estructuras aún más pequeñas llamadas bronquiolos. Los bronquios y bronquiolos son las diversas ramificaciones del interior de los pulmones, éstos últimos terminan en unos sacos llamados alvéolos pulmonares que están rodeados de una densa red de capilares, siendo éste el único lugar donde la atmósfera y la sangre están separadas únicamente por una membrana. 

Tercera etapa. Mecanismos respiratorios en otros animales.

Los mecanismos respiratorios están constituidos por estructuras especializadas que llevan el oxígeno hasta superficies que están cerca de las células y permiten su paso a ellas por difusión, a la vez que conducen al exterior del cuerpo el dióxido de carbono producido. Los organismos unicelulares no presentan esta condición, puesto que el oxígeno del ambiente se difunde directamente a través de la membrana de su célula,  los animales formados por muchas capas celulares y gran tamaño en cambio si presentan mecanismos respiratorios, puesto que el oxígeno no puede difundirse en zonas mayores a una décima de milímetro de grosor por tanto, evolutivamente han desarrollado estructuras especializadas que ponen en contacto a este gas con las células. Característicamente estas estructuras poseen superficies que siempre están húmedas debido a que los gases deben estar disueltos para poder entrar o salir según sea el caso. Las estructuras que conforman los mecanismos respiratorios son los pulmones, branquias, tráqueas y hasta las superficies corporales según sea la demanda de oxígeno o la adaptación a un tipo de ambiente específico. De esta forma organismos como las esponjas, lombrices de tierra y salamandras emplean la piel como mecanismo respiratorio, situación en la que tanto el oxígeno como el dióxido de carbono se difunden a través de toda la  superficie del cuerpo. Los animales que toman el oxígeno por este medio deben están auxiliados por sistemas circulatorios eficientes que lo transporten a todo el cuerpo, adicionalmente pueden tener pigmentos afines al oxígeno y al dióxido de carbono. Sin embargo, la mayoría de los animales terrestres han desarrollado mecanismos respiratorios más especializados que consisten en la internalización del aparato respiratorio que reduce el problema de la excesiva pérdida de agua. Entre estas variaciones puede mencionarse las de los artrópodos, que presentan un sistema traqueal  formado por una serie de pequeños túbulos muy ramificados llamados tráqueas que se conectan en el interior por medio de pequeñas aberturas conocidas como espiráculos situados por lo general en los costados del insecto. Un mecanismo respiratorio más complejo es el formado por las branquias, estructuras que son resultado de la combinación de superficies respiratorias y circulatorias. Este mecanismo representa una excelente adaptación de la mayoría de los animales acuáticos para obtener el oxígeno disuelto en el agua, lo presentan crustáceos, equinodermos, peces y las larvas acuáticas de los anfibios. Finalmente se encuentran los pulmones, que son estructuras ramificadas que terminan en microscópicos sacos llamados alvéolos, donde la sangre y el aire están separados por una delgada membrana húmeda.

Cuarta etapa. El oxígeno como elemento de la respiración.

Desde el punto de vista evolutivo, el oxígeno representa para los seres vivos una forma más eficiente para obtener energía del alimento. En la evolución de las rutas metabólicas, la acumulación de oxígeno en la atmósfera por la realización de la fotosíntesis ocasionó una crisis sobre la vida en la tierra. Estas presiones de selección llevaron al desarrollo de rutas metabólicas más eficientes para liberar energía que se vieron favorecidas por la selección natural, ejemplo de ellas es la respiración aerobia.

Durante la respiración suceden una serie de reacciones químicas en las que la glucosa se desdobla, produciendo bióxido de carbono, ATP y moléculas que liberan electrones. Durante este proceso el oxígeno acepta los protones liberados con lo que se forma agua y más ATP.  El vapor de agua y del dióxido de carbono que se exhala es resultado de la respiración de las células.

Químicamente, el oxígeno es un gas incoloro que puede estar disuelto en el aire y en el agua.  En la atmósfera este gas ocupa alrededor del 21%, mientras que en el agua su concentración depende la temperatura y la presión.  

Quinta etapa. Sangre y respiración.

Mediante el aparato circulatorio el oxígeno se distribuye a todas las células del cuerpo, esta es una de sus funciones principales, al respecto son de importancia ciertas moléculas compuestas de hierro o cobre  que realizan está función y que pueden encontrarse en la corriente sanguínea o dentro de células especializadas, a estas moléculas transportadoras de oxígeno se les conoce como pigmentos respiratorios.

Los pigmentos respiratorios se encuentran en los medios de circulación de todos los animales: la sangre y la linfa en el caso de los vertebrados y la hemolinfa en los invertebrados. En los vertebrados, el transportador de oxígeno es un compuesto de hierro llamado hemoglobina que se encuentra dentro de los eritrocitos. En invertebrados como moluscos y artrópodos,  el pigmento respiratorio más común es la hemocianina, disuelta simplemente en el plasma sanguíneo, molécula que contiene cobre en lugar de hierro y que al combinarse con el oxígeno se torna azul.

Sexta etapa. Las plantas también respiran.

El transporte de oxígeno a las células de las plantas se realiza por diferentes medios: por el xilema, a través de la savia en donde el oxígeno es distribuido en forma de pequeñas burbujas, que pueden llegar a destruir la cohesión y la tensión de este tejido por lo que constantemente tiene que ser disuelto, a través de canales de aire que se forman a lo largo del floema, xilema y las fibras de soporte, o por difusión directa a través de células de pared delgada como las de la punta de la epidermis de la raíz, las del interior de las lenticelas y estomas, y las del parénquima esponjoso que rodea los espacios de aire dentro de las hojas.

Séptima etapa. Movilización del oxígeno.

Muchas sustancias que están en el interior o exterior de la célula pasan de un lugar a otro mediante difusión, el transporte de oxígeno a la célula sucede por este proceso. La difusión es el movimiento aleatorio de partículas de una zona de alta concentración hacia una de menor concentración. Así por ejemplo, el oxígeno se difunde a los capilares de los pulmones porque hay mayor concentración de oxígeno en los alvéolos pulmonares que en los capilares sanguíneos.

Octava etapa. Células: destino final del oxígeno, el desdoblamiento de la glucosa y la liberación de energía.

Un organismo unicelular o multicelular realiza todas sus actividades a través de las reacciones químicas que se producen en su ó sus células, por tanto las células constituyen la unidad funcional de todos los seres vivos.

Cada célula, ya sea aislada o formando parte de un organismo multicelular, realiza las funciones que caracterizan la vida: reproducción, nutrición, respiración etc. Dichas funciones son realizadas por diversas estructuras celulares llamadas organelos. Uno de ellos son las mitocondrias, y es en éstas donde se lleva a cabo la respiración, proceso de desdoblamiento de las moléculas del alimento para liberar la energía que contienen. Las mitocondrias son estructuras en forma de cilindros que tienen dos membranas; una exterior y otra interior que forma pliegues estrechos llamados crestas, en donde se producen las moléculas de energía ó ATP.

Las moléculas de glucosa y de otros azúcares son la fuente principal de energía de los seres vivos. En las células se desdobla la glucosa a través de una serie de reacciones químicas, en las que la energía almacenada en está molécula se libera poco a poco y se usa para formar moléculas de ATP, proceso que  generalmente requiere de oxígeno para llevarse a cabo.

El rompimiento de la glucosa empieza en el citoplasma de la célula en donde una molécula de seis carbonos se rompe en dos moléculas de tres carbonos conocidas como ácido pirúvico, este proceso ocurre sin la presencia de oxígeno y se libera muy poca energía, sin embargo cuando el oxígeno está presente el rompimiento continúa generando más energía. La degradación de la glucosa convertida ahora en dos moléculas de ácido pirúvico continúa en la mitocondria, en este lugar cambian por la acción de enzimas a un compuesto de dos carbonos llamado ácido acético, el carbono perdido durante esta reacción forma bióxido de carbono. El ácido acético de la reacción anterior se combina con otra sustancia, la coenzima A, para formar el compuesto acetil-CoA. Éste compuesto se combina con una molécula de cuatro carbonos para formar una de seis denominada ácido cítrico, molécula que posteriormente vuelve a ser rota produciendo ATP, más bióxido de carbono y liberando algunos electrones. Estos electrones son transportados por una serie de moléculas que se encuentran en el interior de la membrana de la mitocondria, al realizar este proceso donde se libera energía el aceptor final de electrones es el oxígeno. Cuando el oxígeno acepta electrones se combina con dos iones hidrógeno para formar una molécula de agua. Gran parte del vapor de agua y dióxido de carbono que exhala el ser humano son resultado de toda esta serie de reacciones químicas que suceden en el interior de las células.     

Novena etapa. Elementos para la respiración de los seres vivos.

La energía primaria que impulsa todos los procesos vitales proviene directamente del sol. Sin embargo para que esta energía pueda ser utilizada, primero  debe ser transformada en energía química a través de una serie de reacciones llevadas a cabo por las células de las plantas y otros organismos fotosintéticos. Los organismos heterótrofos a su vez transforman la energía química proveniente de los organismos autótrofos en energía útil, este flujo de energía representa la esencia de la vida y se realiza en las células de todos los seres vivos. La energía útil empleada para el mantenimiento y función los sistemas vivos se libera a partir de la degradación de la glucosa u otras moléculas alimenticias que incluyen a las grasas y a las proteínas, este proceso comienza siempre en ausencia de oxígeno y se realiza en el citoplasma de la célula, a esta primera fase de la degradación de la glucosa se le conoce como glucólisis. La segunda fase, que tiene lugar en las mitocondrias, requiere de oxígeno y se desarrolla en dos etapas: el ciclo de Krebs y el transporte terminal de electrones. En los organismos procariontes la glucólisis conduce directamente a la formación de etanol o ácido láctico a través del proceso de fermentación. Aproximadamente el 40% de la energía que se libera en la respiración celular se retiene en forma de moléculas de ATP. 

 

4.3.2. Actividades experimentales sugeridas para abordar la enseñanza de la respiración.

Actividad experimental 1.  Segunda etapa.

Funcionamiento del aparato respiratorio humano

Preguntas generadoras:

1.    ¿Cuál es la función principal del aparato respiratorio humano?

2.    ¿Qué relación hay entre la frecuencia respiratoria y el ritmo cardiaco?

3.    ¿Qué relación existe entre el aparato respiratorio pulmonar del ser humano y la respiración de las células?

4.    ¿De dónde proviene el C0₂ que se produce durante la respiración?

Planteamiento de las hipótesis:

Introducción

El aparato respiratorio humano se integra por un grupo de órganos encargados de introducir el oxígeno al cuerpo y conducirlo hasta los glóbulos rojos, así como de recoger y desechar el dióxido de carbono (CO₂) que se produce en las células durante la degradación de la glucosa.

El proceso por el cual se introduce aire, y por tanto el oxígeno disuelto en él, se conoce como inhalación. Durante esta actividad el diafragma se contrae desplazando las costillas hacia arriba y hacia afuera con lo que se agranda el tórax permitiendo la entrada de aire a los pulmones y la consecuente difusión del oxígeno a la sangre. Otro proceso sucede cuando se expulsa el CO₂: la exhalación. En este caso el diafragma se relaja desplazando las costillas hacia abajo y hacia adentro disminuyendo la cavidad torácica con lo que se facilita la salida de este gas. La inhalación  y la exhalación generan un ciclo básico de respiración o frecuencia respiratoria, en un ciclo respiratorio normal se presentan de 10 a 16 inhalaciones y exhalaciones por minuto, aunque pueden llegar a presentarse hasta 20.

Aunque la inhalación y la exhalación de aire son fases importantes de la respiración, ambas actividades representan sólo una parte del proceso respiratorio que lleva a cabo un organismo multicelular que depende del oxígeno para transformar la energía de las moléculas orgánicas en energía inmediatamente utilizable.

La respiración incluye todos los mecanismos involucrados en la toma de oxígeno, su difusión en la sangre y transporte a todas las células del cuerpo donde participa en las reacciones químicas que desdoblan las moléculas orgánicas, así como la eliminación del dióxido de carbono que se produce durante este proceso.

En el hombre como en muchos animales la respiración de las células individuales depende de los mecanismos empleados para hacer llegar el oxígeno hasta ellas y de la eliminación del dióxido de carbono que se produce durante su actividad respiratoria. En este sentido los pulmones juegan un papel relevante en el proceso respiratorio de los seres humanos ya que se encargan de remover continuamente los gases que se introducen o desechan durante esta función.

La respiración de un ser humano se puede medir cuantificando la cantidad de oxígeno o dióxido de carbono que se consume y desecha durante este proceso. El dióxido de carbono producido durante el desdoblamiento de glucosa en las células puede ser determinado empleando un sensor de gas, instrumento altamente preciso que puede registrar pequeños cambios en la concentración de dióxido de carbono disuelto en la atmósfera como los producidos por ejemplo durante la exhalación de aire en la respiración.

Objetivos:

§  Comprobar la relación que existe entre el aparato respiratorio y circulatorio a través del registro de cambios en la frecuencia respiratoria y el ritmo cardiaco ocasionado por la exposición a una actividad física (ejercicio). 

§  Utilizar el sensor de gas CO₂ para determinar los cambios en la concentración de CO₂ debidos a la respiración de un ser humano.

§  Relacionar el mecanismo respiratorio pulmonar del ser humano con la respiración a nivel celular.

§  Reconocer que el dióxido de carbono desechado durante la exhalación es resultado de la respiración individual de las células.

Material:

1 cronómetro

1 lápiz

cuaderno

1 matraz kitazato de 250 ml

30 cm de manguera de hule nueva

1 pinzas Mohr

Masking tape

Equipo:

Sensor de gas CO₂

Interfase ULI para el sensor de gas CO₂

Lap top

Software Logger Pro

Procedimiento:

A. Frecuencia respiratoria y ritmo cardiaco.

Toma la frecuencia cardiaca de un integrante de tu equipo que debe estar en reposo. Para ello, con los dedos índice y medio localiza en la parte lateral del cuello la carótida y presiona levemente hasta sentir pulsaciones. Cuantifica cuantas pulsaciones se perciben en un minuto y registra este dato en tu cuaderno. Lo normal son 80 pulsaciones por minuto.

Del mismo compañero toma ahora la frecuencia respiratoria, para hacerlo observa los movimientos de su tórax; un ascenso y un descenso del diafragma equivalen a un movimiento respiratorio. Lo normal es de 16 a 20 movimientos por minuto.

Posteriormente el mismo estudiante deberá realizar 20 sentadillas, subir escaleras o ejecutar brevemente algún ejercicio, después de terminar esta actividad física se deberán realizar nuevamente las dos mediciones anteriores.

Registra tus datos en un cuadro como el siguiente:

Cuantificación	Antes de la actividad física	Después de la actividad física
Pulsaciones / min.
Frecuencia respiratoria Ascensos-descenso/ min.

Repite la operación al menos con una persona más y compara los datos registrados.

B. Empleo del sensor de gas CO₂ para determinar la concentración de dióxido de carbono producido durante la respiración.

Conecta la interfase a la lap top y al sensor de gas CO₂. Después enciende la computadora y la interfase.

Abre el programa Logger Pro y activa el sensor de gas CO₂.

Ajusta las variables con las que se va a trabajar: partes por millón (ppm) para determinar la concentración de CO₂ y minutos para medir el tiempo (5 minutos en intervalos de seis registros por minuto).

En la boca del matraz kitazato acomoda cuidadosamente el sensor. En la abertura lateral del matraz coloca el trozo de manguera, dóblala por la parte final y ajusta fuertemente este doblez con las pinzas Mohr. Coloca masking tape alrededor de la abertura para evitar fugas.

Espera 5 minutos para que se estabilice la concentración de CO₂ que hay dentro del matraz, después de este tiempo comienza a colectar los datos de esta concentración haciendo click en el botón “collect”, registra los datos durante cinco minutos en intervalos de 6 registros por minuto. Esta primera muestra corresponde a tu control. 

Después de transcurridos los cinco minutos asegúrate de que se haya detenido el registro de datos. En un disco de 3 ¹/₂  “guarda” esta información en un archivo al que llamarás “control”. 

Asegura nuevamente el sensor de gas CO₂ a la boca del matraz, ten cuidado de que no se estén colectando datos cuando te encuentres preparando el dispositivo.

Cuando el dispositivo este listo retira de la manguera la pinza que sujeta su extremo final. Rápidamente tú o algún compañero de equipo deberán de Inhalar y exhalar normalmente 5 veces sin interrupción, el aire producido durante las exhalaciones deberá ser desechado al matraz kitazato a través de la manguera, cada vez que repitan esta operación procuren mantener cerrada al exterior la manguera, para hacerlo pueden presionar fuertemente con las manos el extremo final de ésta. Inmediatamente después de la última exhalación  comienza a registrar los datos sobre la concentración de CO₂ haciendo “click" otra vez en el botón “collect” (recuerda que los registros se deben hacer durante cinco minutos en intervalos de 6 mediciones por minuto). Este registro corresponderá a la respiración en “reposo”, guarda los datos en un archivo independiente.

Posteriormente la misma persona de quien se recabaron los datos anteriores deberá realizar algún tipo de ejercicio con el fin de aumentar su frecuencia respiratoria. Después del ejercicio deberá inhalar y exhalar nuevamente siguiendo las instrucciones mencionadas en el punto número ocho. El registro de estos datos corresponderá a la respiración “después de un ejercicio”, crea un archivo nuevo para guardarlos.

Repite el mismo procedimiento con una persona más con el fin de realizar comparaciones.    

Resultados:

A. Frecuencia respiratoria y ritmo cardiaco.

Discute con tus compañeros los resultados que observaron. Analicen las posibles causas que ocasionan que haya diferencias en el ritmo cardiaco y la frecuencia respiratoria entre una persona y otra. Análisis de resultados:

Responde los siguientes cuestionamientos:

¿Porque cuando se realiza algún ejercicio físico vigoroso se incrementa el número de inhalaciones y exhalaciones? ¿Para qué debemos respirar más  rápido en esta situación?

¿Qué sucede con la frecuencia cardiaca y respiratoria durante el ejercicio?

¿Qué pasa con los niveles de oxígeno en tus pulmones durante el ejercicio?

¿Qué relación hay entre el aumento de la frecuencia cardiaca y el aumento de la frecuencia respiratoria durante la actividad física? 

Realiza la caracterización de los conceptos: Inhalación, exhalación, pulmones, alvéolos, difusión de gases, diafragma, glóbulos rojos.

B. El empleo de sensores para medir la concentración de CO₂

Observa en la computadora la forma de las gráficas en las tres distintas situaciones. Comenta con tus compañeros de equipo estas observaciones y escriban en sus cuadernos las conclusiones a las que llegaron para cada una de las situaciones.  

Anota en tu cuaderno los datos que se obtuvieron en cada una de las tres situaciones en las que se registró la concentración de CO₂ (control, respiración en reposo, respiración después de hacer ejercicio), arregla estos datos en tres tablas distintas y grafícalos en papel milimétrico.

Análisis de resultados:

Analiza con tu equipo las gráficas que hicieron y respondan las siguientes preguntas:

¿Encontraste diferencias en las concentraciones de CO₂? ¿A qué crees que de deban?

¿Para qué piensas que se hizo el registro del dispositivo “control”?

¿Hubo alguna diferencia entre el registro de la respiración “en reposo” y “después de un ejercicio?

¿Qué opinas del uso de estos instrumentos para trabajar en clase?

Realiza la caracterización de los conceptos: Degradación de glucosa, aire, respiración pulmonar, reacción química, energía.

Replanteamiento de las predicciones de los alumnos:

Conceptos clave: Ritmo cardiaco, cavidad torácica, centro respiratorio, frecuencia respiratoria, ciclo respiratorio, sensor, sensor de gas CO₂.    

Relaciones. Con esta sencilla actividad los alumnos podrán comenzar a relacionar el proceso respiratorio con la liberación de la energía que se requiere para realizar cualquier actividad o trabajo. Además se da apertura a la concepción de la respiración como un proceso que se realiza a nivel celular.

Por otro lado involucra a los alumnos en el uso de equipos poco convencionales para comprender fenómenos biológicos y les permite aplicar conocimientos de otras disciplinas para interpretar los resultados que obtuvieron del monitoreo. 

Actividad experimental 2.  Tercera etapa.

Mecanismos respiratorios

Preguntas generadoras:

1.    Si los peces, almejas y artemias viven en el agua, ¿cómo obtienen el oxígeno?

2.    Si las lombrices y chapulines no tienen pulmones, ¿cómo obtienen el oxígeno?

Planteamiento de las hipótesis:

Introducción

Los mecanismos respiratorios son superficies o regiones expuestas directamente al medio externo, por donde el oxígeno es difundido al interior del cuerpo hasta llegar a las células y el bióxido de carbono es desechado al exterior.

La mayoría de los organismos acuáticos obtienen el oxígeno disuelto en agua a través de sus aparatos branquiales, un tipo de mecanismo respiratorio cuya forma permite que el paso del oxígeno aumente hacia los vasos capilares y sea distribuido a través del aparato circulatorio.

En los peces por ejemplo, la disposición de los filamentos branquiales es de tal forma que la sangre es bombeada a través de ellos en dirección opuesta a la del agua que lleva oxígeno. Esta forma de los filamentos permite que la sangre que contiene más oxígeno, contacte con el agua que lleva menos oxígeno. La cantidad de oxígeno en la sangre de cualquier parte del filamento branquial es menor a la concentración de oxígeno del agua que fluye por la cámara branquial, y así por difusión simple, el oxígeno siempre se difunde desde el agua hacia la sangre. Como te podrás dar cuenta, la forma (estructura) de las branquias está en estrecha relación con la entrada y salida de gases en el agua (función), como resultado del proceso evolutivo y adaptativo que ha llevado a los peces a ser el grupo de vertebrados más grande y mejor distribuido en el medio acuático del planeta. Las branquias, son en este sentido, una forma de convergencia evolutiva entre los crustáceos (artemias, camarones), los moluscos (almeja) y muchos otros grupos de animales acuáticos, ya que son estructuras adaptadas para la captura de oxígeno y eliminación del bióxido de carbono y a la ingestión de agua.

En el caso de los organismos terrestres se presentan diferentes mecanismos respiratorios que permiten obtener el oxígeno atmosférico, empleando estructuras complejas como los pulmones, carácterísticos de los animales vertebrados. En los organismos invertebrados en cambio, no existen pulmones pero se presentan otras estructuras por donde el oxígeno es captado del medio, por ejemplo a través de la piel como sucede en las lombrices de tierra, o por unas diminutas perforaciones localizadas en los bordes del abdomen de los chapulines llamadas espiráculos que se ramifican por todo el interior del organismo formando las tráqueas de quitina por donde distribuye el oxígeno directamente a todas las células.

Objetivos:

§ Describir la estructura externa de un pez óseo.

§ Describir la estructura externa de las branquias de un pez óseo.

§ Relacionar la estructura con la función de las laminillas branquiales.

§ Describir la estructura externa de un chapulín y una lombriz de tierra.

§ Describir la estructura externa de la piel y los espiráculos.

§ Relacionar la estructura con la función de la piel, los espiráculos y las tráqueas.

Material:

Una navaja

Unas tijeras

Un desarmador

Una charola para disección

Guantes de cirujano

3 portaobjetos

3 cubreobjetos

1 pedazo de papel aluminio

Fotocopias de la estructura externa e interna de un pez, artemia y almeja.

Fotocopias de la estructura externa e interna de un chapulín y la lombriz de tierra.

Material biológico:

Una tilapia entera, fresca

Juveniles de charal o cualquier otro pez juvenil

Tres artemias

Un ostión o almeja viva (mercado de la Viga).

Tres chapulines

Tres lombrices de tierra

Equipo:

Microscopio estereoscópico

Microscopio óptico

Cámara digital o celular con cámara.

Procedimiento:

1ª parte: Las branquias de algunos organismos acuáticos.

A.   Las branquias de un pez teleósteo.

El camino del oxígeno con su transportador, el agua. Elabora un dibujo o boceto de todo el pez, esquematiza con atención la cabeza. Posteriormente abre la boca del pez e introduce tu dedo hasta que atraviese las branquias, ¿por dónde se mueve el agua dentro del pez?

Las branquias. Colócate los guantes y toma al pez por su parte dorsal, con las tijeras corta la parte inferior del opérculo de manera que queden expuestas las branquias. Elabora otro esquema, poniendo atención a la forma y estructura de los arcos branquiales ¿Cuántos tiene?

Corta una branquia y dibújala, con cada una de sus partes.

Indica el recorrido del oxígeno desde el agua hasta el interior de la célula.

Corta un filamento branquial y colócalo en un portaobjetos, obsérvalo al microscopio con el objetivo de 10X sin cubreobjetos. Realiza un esquema poniendo atención a la irrigación sanguínea, ¿Cómo entra el oxígeno a la branquia?

B.   Observación de las branquias en vivo de un pez empleando juveniles de charal.

Deposita un juvenil de charal en un portaobjetos excavado con agua, coloca el cubreobjetos y obsérvalo en vivo a 10x, identifica el ritmo cardiaco y el corazón localizado en la parte ventral de las branquias.

C.   Observación de la función de las branquias en vivo empleando el modelo de la Artemia salina.

Coloca una Artemia entre un portaobjetos y un cubreobjetos, cuidando de mantenerla húmeda todo el tiempo.

Observa esta preparación en un microscopio compuesto con el objetivo de 10x, obtén directamente de aquí una fotografía e indica cada una de las partes de la branquia, posteriormente observa como es el movimiento de las branquias así como la circulación que sucede en el cuerpo de este organismo.  

D.   Observación de las branquias en vivo de un molusco.

Toma una almeja u ostión y separa las valvas empleando un desarmador, después coloca al organismo abierto en una charola de disección con suficiente agua.

Con el microscopio de disección observa la estructura interna de estos organismos y localiza las branquias. Realiza esquemas de tus observaciones.

Corta un pedazo de papel aluminio y colócalo sobre las branquias del molusco, observa el movimiento del papel e identifica la dirección de la corriente de agua. 

2ª parte: La obtención del oxígeno a través de la piel y las tráqueas.

A.   Los espiráculos y las traqueas.

Coloca el chapulín en una caja de Petri con una torunda de éter y espera a que se duerma.

Elabora un esquema del chapulín, apóyate con el microscopio estereoscópico para observar por el borde entre la parte dorsal y ventral los espiráculos. ¿Por dónde se mueve el aire hacia el interior del chapulín?

Para la observación de las tráqueas de quitina, toma el chapulín por la parte ventral y con el bisturí corta el pliegue que se localiza entre la parte dorsal y la ventral.

Coloca el chapulín sobre un portaobjetos y localiza las tráqueas, notarás unas estructuras blancas brillantes, con la navaja disécalos y colócalos en un cubreobjetos y obsérvalas a 40x, notarás unos anillos quitinosos. Esquematiza las tráqueas, y el órgano que esté junto a estas estructuras ¿Qué función tienen las traqueas en los insectos?

B.   La piel de los gusanos.

Coloca un gusano en la charola para disección y con el escalpelo corta desde la parte anterior hasta la posterior. Observa el vaso dorsal y la circulación que ocurre en la lombriz de tierra. ¿Cuál es la relación de la obtención del oxígeno con la circulación sanguínea?

Indica el recorrido del oxígeno desde el aire hasta el interior de la célula.

Resultados:

1ª parte: Las branquias de algunos organismos acuáticos:

Realiza los siguientes esquemas:

Estructura general de un pez teleósteo, estructura y localización de las branquias, estructura de un filamento branquial.

Discute con tus compañeros sobre la función y estructura de las branquias en la Artemia y el ostión. Comparen estos resultados con los observados en la estructura y función de las branquias en los peces.

Análisis de resultados:

Trasfiere lo ocurrido en las branquias de la Artemia y el molusco con las branquias del pez y generaliza acerca de la obtención de oxígeno del agua por las branquias. Contrasta lo propuesto con lo observado en las estructuras branquiales.

§  Discute en equipo sobre la función de las branquias.

§  Indica las diferencias de las branquias que observaste en los distintos organismos.

2ª parte: Obtención de oxígeno a través de la piel y las tráqueas.

Realiza los siguientes esquemas:

§  Estructura externa del chapulín haciendo énfasis en la localización de los espiráculos.

§  Tráqueas de quitina y anillos quitinosos.

§  Estructura externa de la lombriz de tierra indicando la localización del vaso dorsal.  

Determina la función de las traqueas en los insectos y la piel en la lombriz, así como su relación con el aparato circulatorio.

Eliminación de residuos. Los restos generados en esta práctica deben ser recogidos en una bolsa de plástico y depositarlos directamente en el contenedor de basura del plantel.

Análisis de resultados:

Elabora una V de Gowin sobre la función de los mecanismos respiratorios, considera los aspectos que aprendiste o reafirmaste en la práctica.   

Replanteamiento de las predicciones de los alumnos:

Conceptos clave: Mecanismos respiratorios, obtención de oxígeno, respiración de organismos acuáticos, respiración de organismos terrestres, branquias, espiráculos, quitina, adaptaciones, tráqueas, respiración cutánea. 

Relaciones. Que el alumno explique la importancia de los mecanismos respiratorios. Que el alumno lleve a cabo transferencias a otros organismos y los relacione con las funciones de las branquias.

Actividad experimental 3.  Cuarta etapa.

Consumo de oxígeno durante la respiración de semillas de frijol y lombrices

Preguntas generadoras:

1.    ¿Las plantas respiran?

2.    ¿La respiración en las plantas es similar a la que realizan los animales?

3.    ¿Qué partes de las plantas respiran?

Planteamiento de las hipótesis:

Introducción

La captación de oxígeno del medio es un proceso imprescindible para la respiración, las moléculas de este elemento que entran al cuerpo de los organismos son movilizadas hasta las células donde participan en el desdoblamiento de moléculas orgánicas para liberar energía. Todos los seres vivos requieren de esta energía para realizar sus actividades, por tanto todos necesitan consumir oxígeno para obtenerla.

En el laboratorio el consumo de oxígeno durante la respiración puede medirse empleando un dispositivo llamado respirómetro. En este dispositivo, los cambios de presión causados por el consumo de oxígeno pueden ser indicados por el movimiento de un colorante colocado en un tubo capilar que se conecta directamente al respirómetro el cual contendrá organismos vivos. El líquido en el tubo capilar se moverá acercándose o alejándose del respirómetro como una respuesta al cambio en el volumen de lo gases dentro de él.    

Objetivos:

§  Medir el consumo de oxígeno (velocidad de respiración) durante la respiración de semillas de fríjol y lombrices empleando para ello un dispositivo llamado respirómetro.

§  Reconocer que todos los seres vivos necesitan consumir oxígeno para liberar energía.

§  Reconocer que la respiración es similar entre en plantas y animales.

Material: 

3 matraces Erlenmeyer de 250 ml

3 trozos de tubo de vidrio doblado en un ángulo de 90° (en forma de L)

3 tapones para matraz del No. 6 con una perforación del tamaño del tubo de vidrio

1 pipeta Pasteur

1 regla milimétrica de plástico

1 pinzas de disección

1 probeta de 50 ml

1 gasa

1 paquete de algodón chico

Cera de Campeche

1 hoja blanca

Diurex

Hilo

Material biológico:

Semillas germinadas de frijol

10 lombrices de tierra

Sustancias:

Solución de rojo congo al 1%

200 ml de NaOH 0.25 N

Procedimiento:

A) Para medir el consumo de oxígeno en la respiración de las semillas de fríjol:

Cinco días antes de la actividad experimental coloca 50 semillas de fríjol a remojar durante toda una noche, desecha el agua y colócalas sobre una toalla de papel húmedo. Mantenlas en un lugar fresco y con luz.

Pesa dos porciones de 30 gramos de semillas de fríjol germinadas. Coloca una de estas porciones en un vaso de precipitados de 400 ml. y ponla a hervir durante 5 minutos en una parrilla con agitador magnético. Después de este tiempo retira las semillas del agua y déjalas que se enfríen.  

Toma los tapones de hule perforados y con cuidado introduce en estas perforaciones los tubos de vidrio en forma de L. Utiliza jabón o aceite para que sea más fácil el desplazamiento de los tubos, sosteniendo el tubo lo más cerca al tapón.  

Toma dos matraces Erlenmeyer de 250 ml y coloca en el fondo de cada uno, una base de algodón que tendrás que humedecer con 20 ml de NaOH 0.25 N. Después coloca sobre esta capa humedecida otra capa algodón de aproximadamente 3 cm de espesor y agrega en cada matraz las porciones de semillas que pesaste anteriormente. Tapa rápidamente los matraces con los tapones de hule que tienen insertados los tubos de vidrio, para evitar que haya fugas coloca alrededor del tapón cera de Campeche. Al matraz que contenga la porción de semillas hervidas rotúlalo con la leyenda “control”.

NOTA: Evita que las semillas tengan contacto con la solución de NaOH, esta sustancia absorberá el CO₂ que produzcan las semillas durante la respiración. Los cambios de presión que se den en el interior del matraz serán ocasionados por el oxígeno que se está consumiendo.

En un pedazo de hoja blanca marca una longitud de 15 cms, centímetro a centímetro. Recórtala y pégala sobre la parte libre del tubo de vidrio (deberás hacer esto para los dos matraces). Observa en el esquema como debe quedar montado el respirómetro.

Con la pipeta Pasteur coloca con cuidado una gota de rojo congo en el extremo de la parte libre del tubo de vidrio en forma de L. Espera dos minutos y observa el desplazamiento de la gota del colorante a través del tubo de vidrio, con la graduación que pegaste en él podrás medir este desplazamiento.

Durante los siguientes 20 minutos registra la distancia del desplazamiento del colorante en intervalos de 2 minutos. Si el movimiento del  colorante es muy rápido deberás iniciar nuevamente las lecturas en intervalos de tiempo más cortos.

Utiliza una tabla como la siguiente para registrar tus datos:

Tiempo (min)	Desplazamiento (cm)

B) Para medir el consumo de oxígeno en la respiración de las lombrices.

Coloca las lombrices dentro de un matraz Erlenmeyer de 250 ml.

Humedece un pedazo de algodón con NaOH 0.25 N, envuélvelo en una gasa ajustándolo ligeramente con hilo dejando un pedazo de aproximadamente 10 cm.

Prepara el tapón para matraz con el tubo de vidrio en forma de L como se explicó anteriormente. Mete el algodón con NaOH y suspéndelo del pedazo de hilo, evita que el algodón tenga contacto con las lombrices. Sujeta el algodón con el hilo y coloca rápidamente el tapón. Sella con cera de Campeche para evitar posibles fugas (observa el esquema).

En un pedazo de hoja blanca marca una longitud de 15 cm, centímetro a centímetro. Recórtala y pégala sobre la parte libre del tubo de vidrio. En el extremo de esta parte coloca con la pipeta Pasteur 1 o 2 gotas de rojo congo, espera dos minutos y registra el avance del colorante a través del tubo de vidrio en intervalos de 5 min durante 1 hora. Anota tus datos en la siguiente tabla:

Tiempo (min)	Desplazamiento (cm)

     

Resultados:

Con los datos obtenidos elabora una gráfica del consumo de oxígeno tanto de las semillas de fríjol control como experimental en las lombrices. Anota en el eje de la “Y” el tiempo en minutos y en el de la “X” el desplazamiento de la gota de colorante en cm.

                                                                                                                                                         

Análisis de resultados:

Discute con tu equipo las siguientes preguntas y anota para cada una la conclusión a la que llegaron.

¿Para que se pusieron a germinar las semillas antes de la práctica?

¿Por qué crees que deban estar muertas las semillas que colocaste en el respirómetro control?

¿Hacia dónde se mueve la gota del colorante? ¿Por qué crees que lo haga en ese sentido? ¿Bajo que circunstancias podrá moverse en sentido contrario?

¿Por qué crees que transcurra más tiempo en desplazarse la gota de colorante en el respirómetro que contiene las lombrices?

¿Cómo puedes saber que realmente el oxígeno consumido alteró la presión dentro del respirómetro?

¿Las plantas y los animales consumen el mismo gas durante la respiración?

¿La respiración de plantas y animales es semejante?

Caracteriza los siguientes conceptos: energía, oxígeno, degradación de glucosa, hidróxido de sodio.

Replanteamiento de las predicciones de los alumnos:

Conceptos clave: Respirómetro, respiración como función general de los seres vivos.

Relaciones. Con esta actividad los alumnos podrán comprobar que la respiración es un proceso semejante entre plantas y animales debido a que ambos tipos de seres necesitan consumir oxígeno para desdoblar moléculas orgánicas y liberar energía. Además se hace una primera aproximación de la respiración como un proceso que se realiza a nivel celular.

Actividad experimental 4.  Cuarta etapa.

Medición del consumo de O₂ y producción de CO₂ durante la respiración de la Elodea

Preguntas generadoras:

1.    ¿La fotosíntesis es la respiración de las plantas?

2.    ¿Qué gas producen las plantas cuando respiran?

3.    ¿Cómo respiran las plantas?

4.    ¿Las plantas acuáticas respiran?

Planteamiento de las hipótesis:

Introducción

Todos los organismos vivos, incluidos las plantas y los animales consumen oxígeno. Este elemento que es tomado del medio a través de diferentes estructuras y mecanismos es transportado hasta las células donde participa en la transformación de la energía de las moléculas orgánicas en energía útil para los organismos. Los productos de esta transformación son dióxido de carbono y agua.  

En condiciones de laboratorio tanto el oxígeno como el dióxido de carbono pueden ser cuantificados empleando sensores. El sensor de oxígeno disuelto es utilizado para registrar pequeños cambios en la concentración de oxígeno disuelto en el agua, esta situación puede ser observada durante la respiración de una planta acuática como la Elodea. La producción de dióxido de carbono por su parte puede registrarse empleando el sensor de gas CO₂ que registra cambios de la concentración de este gas en la atmósfera. 

Una de las principales ventajas de los sensores sobre dispositivos como el respirómetro que se emplea con la misma finalidad, es que proporcionan una mayor precisión en los resultados obtenidos. 

 

Objetivos:

·        Registrar los cambios de concentración de oxígeno durante la respiración de una planta acuática empleando el sensor de oxígeno disuelto.

·        Registrar la producción de dióxido de carbono durante la respiración de una planta acuática utilizando el sensor de gas CO₂.

Material:

1 matraz Erlenmeyer de 250 ml

1 vaso para sensor de gas CO₂

2 pedazos de papel aluminio

1 pedazo de algodón

1 pinzas para disección

Masking tape

Material biológico:

Planta acuática de Elodea

Sustancias:

Agua destilada

Equipo:

Sensor de gas CO₂

Sensor de oxígeno disuelto

Interfase ULI para los sensores

Lap top

Software Logger Pro

Procedimiento:

Prepara ambos sensores para la colección de datos

Antes de ocupar el sensor de oxígeno disuelto pare registrar datos es necesario que dejarlo estabilizar durante media hora en una solución de sulfito de sodio (Na₂ SO₃)

Divide la Elodea en dos porciones iguales utilizando una balanza granataria electrónica e introduce una en un matraz Erlenmeyer y la otra en el vaso para sensor CO₂. Agrega a cada recipiente aprox. 200 ml de agua y cúbrelos perfectamente con el papel aluminio.

Introduce el sensor de gas CO₂ al recipiente correspondiente y el sensor de oxígeno disuelto al matraz, coloca un poco de algodón alrededor de la boca de este matraz y séllala cuidadosamente con un poco de masking tape.

Prepara la colección de datos que tendrás que registrar durante 24 horas en intervalos de 12 muestras por hora.

Resultados:

Analiza con tu equipo las graficas que resultaron para la concentración de O₂ y CO₂ ¿Disminuyeron o aumentaron estos gases después de haber dejado el dispositivo montado durante 24 horas?

Análisis de resultados:

Discutan en equipo las siguientes cuestiones

¿Para que crees que ambos dispositivos deban cubrirse con papel aluminio?

¿Qué hubiera pasado con la concentración de O₂ y CO₂ si los recipientes se hubieran quedado expuestos a la luz?

Replanteamiento de las predicciones de los alumnos:

Conceptos clave: Sensor de presión de gas biológico, sensor de gas CO₂

Relaciones. Con esta actividad los alumnos podrán comprobar el fenómeno de la respiración en las plantas y diferenciarlo del proceso fotosintético. Además, estimula el empleo de equipo poco usado en el laboratorio de biología.  

Actividad experimental 5.  Séptima etapa.

Factores que afectan la velocidad de difusión

Preguntas generadoras:

1.    ¿Cómo afecta la concentración la velocidad de difusión?

2.    ¿Cómo afecta la temperatura la velocidad de difusión?

3.    ¿Es posible que el CO₂ salga y el O₂ entre a la célula por difusión?

4.    ¿Es posible que el CO₂ salga y el O₂ entre por difusión a cada una de las células de un organismo multicelular?

Planteamiento de la hipótesis:

Introducción

La difusión es el movimiento de moléculas de un área de mayor concentración a otra de concentración menor.

Los gases como el oxígeno y dióxido de carbono entran y salen respectivamente de as células por este proceso atravesando su membrana. También por difusión se moviliza el oxígeno desde los alvéolos hasta la sangre, esto sucede porque después de la inhalación la concentración de oxígeno en los alvéolos es mayor que en la sangre, por lo que se difunde hacia esta última.

Es importante mencionar que mediante difusión se pueden transportar moléculas como el oxígeno, dióxido de carbono y algunas otras más pequeñas. Para la movilización de moléculas de mayor tamaño se llevan a cabo otros tipos de transporte en los que para realizarse se requiere de cierta cantidad de energía. 

Para comprender el significado de la difusión como un proceso biológico el cual se realiza a nivel de la membrana celular, es conveniente utilizar un modelo físico, cuyo manejo sea más sencillo, con el objeto de conocer los factores que afectan este proceso. Este modelo se realiza sin una membrana de por medio sin embargo, el comportamiento de las moléculas que si atraviesan una membrana es el mismo.

Objetivos:

§  Establecer cual es el efecto de dos factores (concentración y temperatura) sobre la velocidad de difusión de un colorante orgánico (azul de metileno).

§  Relacionar el proceso de difusión con los problemas que representa la multicelularidad.

Material:

5 vasos de precipitados de 100 ml

2 goteros

1 cronómetro

1 termómetro

2 hojas de papel milimétrico

Etiquetas

1 probeta  de 50 ml

Sustancias:

Solución acuosa de azul de metileno al 1%

Equipo:

3 parrillas con agitador magnético por grupo

3 vasos de precipitados de 400 ml

Procedimiento:

Primera parte.

Utiliza 5 vasos de precipitados de 100 ml, coloca 50 ml de agua en cada uno. Verifica con el termómetro que la temperatura sea igual en todos.

Numera los recipientes del 1 al 5 y agrega de manera individual tantas gotas de azul de metileno como indique el número de vaso (es decir al vaso 1 agregaras 1 gota, al vaso dos 2 gotas y así sucesivamente).

Con el cronómetro verifica el “tiempo de difusión” del colorante, es decir el tiempo que tarda la gota en distribuirse uniformemente en el agua, para ello deberás medir el intervalo que hay entre el tiempo en que se coloca la gota de colorante (”tiempo cero”) y el momento en el que su distribución es uniforme (“tiempo final”).

NOTA: No agites ni muevas los vasos, permite que la difusión se lleve a cabo.

Anota tus datos en una tabla como la siguiente:

Número de vaso	Tiempo cero (cuando se agrega la gota)	Tiempo final (Momento en que la distribución del colorante es uniforme)
1
2
3
4
5

Segunda parte.

Utilizando los mismos recipientes del experimento anterior (limpios y secos) y con la misma cantidad de agua, mide el “tiempo de difusión” del colorante, pero ahora variando la temperatura en lugar de variar la concentración. Agrega 1 gota de azul de metileno en cada uno de los vasos cuya agua deberá estar en las siguientes condiciones de temperatura:

Número de vaso	Temperatura (°C)
1	Temperatura ambiente
2	25 °C
3	40 °C
4	60 °C
5	Punto de ebullición

             

NOTA: Utiliza la parrilla con agitador magnético para calentar el agua y preparar los dispositivos con las temperaturas indicadas (agrega agua para disminuir la temperatura si así lo requieres).

Registra tus datos en la siguiente tabla:

Número de vaso	Temperatura (°C)	Tiempo cero (cuando se agrega la gota)	Tiempo final (Momento en que la distribución del colorante es uniforme)
1	ambiente
2	25 °C
3	40 °C
4	60 °C
5	Punto de ebullición

Resultados:

Primera parte.

§  En papel milimétrico registra gráficamente los resultados que obtuviste.

§  Discute con tu equipo cuáles variables graficarán y de éstas cuál es la independiente y cuál la dependiente.

Segunda parte.

§  Discute con tu equipo cuales son las variables de este experimento y cómo deben situarse en los ejes coordenados, posteriormente gráfica en papel milimétrico los datos que obtuviste en esta parte de la práctica.

Análisis de resultados:

Primera parte.

En equipo interpreten y discutan las gráficas, posteriormente respondan las preguntas siguientes:

¿Para qué se aumento el número de gotas en los vasos de precipitados?

¿Qué efecto tiene la concentración sobre la velocidad de difusión?

¿A qué obedece los resultados que observaste?

Segunda parte.

Interpreten y discutan sus gráficas en equipo, luego respondan las siguientes preguntas:

¿Cómo afecta la temperatura la velocidad de difusión?

De las variables que propusieron

¿Qué pasaría con la velocidad de difusión en un recipiente de 50 litros?

¿Podrían pasar por difusión gases como el O₂ y CO₂ hacia todas las células del cuerpo en un ser humano que pesará aprox. 50 kg y tuviera un estatura de 1.65 m?

Replanteamiento de las predicciones de los alumnos:

Conceptos clave: Variable independiente, variable dependiente, velocidad de difusión, azul de metileno.

Relaciones. Mediante el uso de un modelo físico de difusión los alumnos podrán comprender que es mediante este proceso como el oxígeno y el dióxido de carbono se difunden para entrar y salir del cuerpo respectivamente. Además podrán comprender la necesidad de desarrollar mecanismos respiratorios especializados para proveer de oxígeno a todas las células de un organismo multicelular.

Actividad experimental 6. Octava etapa.

Cuantificación de la respiración por el método colorimétrico

(Efecto de la temperatura sobre la velocidad de respiración)

Preguntas generadoras:

1.    ¿Durante la respiración el oxígeno se transforma en dióxido de carbono?

2.    ¿De dónde proviene el dióxido de carbono que se produce durante la respiración?

3.    ¿Qué participación tiene la glucosa en la formación de dióxido de carbono?

4.    ¿Qué compuestos orgánicos son desdoblados durante la respiración?

Planteamiento de la hipótesis:

Introducción

La respiración es un proceso celular que incluye los caminos metabólicos que degradan carbohidratos y otras moléculas orgánicas con la liberación simultánea de energía en forma de ATP, los productos de esta degradación son dióxido de carbono (CO₂) y agua.

El CO₂ es por tanto un producto de la actividad respiratoria de las células, es decir del desdoblamiento de la glucosa. Dentro de las células la glucosa es degradada en distintas fases. En la primera fase la glucosa se rompe en dos moléculas por la acción de enzimas, ambas moléculas entran inmediatamente a la siguiente fase en donde se vuelven a romper al perder un átomo de carbono, mismos con las que se formarán moléculas de CO₂ que se desechan de la célula. El rompimiento de estas moléculas se continúa en una tercera fase por la acción de un conjunto de reacciones cíclicas en las que también se libera CO₂. Por tanto el CO₂ es resultado de todo el proceso de degradación que sucede en las células y no es de ninguna manera producto de la transformación del oxígeno como se piensa con frecuencia.  

El CO₂ producido durante la respiración puede determinarse indirectamente a través del método de titulación. Cuando el CO₂ entra en contacto con una solución de hidróxido de sodio (NaOH) este gas se disocia en iones carbonato que quedan disueltos en dicha solución. Utilizando un indicador como la fenolftaleína la presencia de estos iones se hace evidente al aparecer una coloración rosa, y puede determinarse su cantidad añadiendo a esta solución un ácido fuerte como el ácido clorhídrico que provoca que la muestra se torne incolora por la neutralización de estos carbonatos. La cantidad de HCl gastado para ello es equivalente a la cantidad de iones carbonato y por tanto a la cantidad de CO₂ producido durante la respiración.    

Objetivos:

§  Reconocer que el CO₂ producido durante la respiración es producto de la actividad celular.

§  Comprobar el evento de la respiración de las plantas a través de la identificación de CO₂

§  Emplear un indicador (fenolftaleína) para la identificación de CO₂

§  Reconocer el efecto de la temperatura sobre la respiración.

Material:                                                  

4 matraces Erlenmeyer de 250 ml

4 tapones del No.6 sin horadar

4 vasos de precipitados de 100 ml

1 probeta de 50 ml

1 probeta de 10 ml

2 goteros

1 bureta de 25 ml

1 pinzas para bureta

1 soporte universal

Manta de cielo o gasa

Hilo cáñamo

Material biológico:

Semillas germinadas de frijol

Sustancias

Hidróxido de sodio 0.2 N

Fenolftaleína al 1%

Ácido clorhídrico 0.2 N

Cloruro de bario 1M

Equipo:                                                                     

2 balanzas granatarias electrónicas

1 Estufa  

1 Refrigerador

Procedimiento:

A. Montaje de la práctica.

Coloca 50 ml. de hidróxido de sodio (NaOH) 0.2 N en cada uno de los cuatro matraces y tápalos inmediatamente con los tapones.

En la balanza granataria electrónica pesa tres porciones de 10 gr de semillas de fríjol germinadas y envuélvelas en un pedazo de gasa. Estos saquitos se colocarán dentro de tres de los cuatro matraces que contienen hidróxido de sodio por lo tanto, debes tener cuidado de que no sean demasiado voluminosos, arréglalos de tal manera que puedan pasar por la boca del matraz. Utiliza hilo cáñamo para ajustarlos asegurándote de dejar un pedazo largo en cada uno.

Cuelga los saquitos se semillas dentro de cada uno de los matraces. Para hacerlo toma con una mano el pedazo de hilo e introduce con cuidado un saquito en cada frasco procurando que no se rompan, colócalos a una altura adecuada para evitar que las semillas tengan contacto con el hidróxido de sodio. Mantén agarrado el hilo y coloca rápidamente los tapones (observa el esquema).                                                                                                   

      Rotula los matraces de la siguiente manera:

·         “Matraz 1- testigo”  (el matraz testigo será el que no tiene semillas)

·         “Matraz 2- 40 °C ”

·         “Matraz 3 – 5°C “

·         “Matraz 4 – Temperatura ambiente”

Posteriormente, durante 48 horas coloca los matraces que contienen las semillas en la condición de temperatura señalada en su etiqueta, para ello utiliza una estufa bacteriológica ó el refrigerador según corresponda.

• Matraz 2: Colócalo en la estufa a 40°C
• Matraz 3:Colócalo  en el refrigerador a 5°C
• Matraz 4: Dejarlo a temperatura ambiente

**El matraz testigo déjalo también a temperatura ambiente.

B. Titulación.

Después de transcurridas 48 horas, toma del matraz testigo una muestra de 10 ml de hidróxido de sodio y colócalos en una vaso de precipitados, agrega a esta muestra 1 ó 2 gotas de fenolftaleina, esta sustancia dará una coloración rosa-violáceo a la solución. Titula la muestra con ácido clorhídrico (HCl) 0.2 N hasta que desaparezca la tonalidad rosada, ANOTA la cantidad de ácido necesario para ello cotejando en la graduación de la bureta la cantidad que se gasto. Registra este dato en la siguiente tabla:

Número de matraz	HCl gastado en la titulación
1 “testigo”
2 “40°C”
3 “5°C”
4 “Temperatura ambiente”

**Después terminar la titulación puedes desechar la muestra titulada.

Para la titulación:

En el soporte universal coloca las pinzas y sujeta con ellas la bureta, asegúrate de que la llave este cerrada. Con cuidado agrega 25 ml de ácido clorhídrico 0.2 N.

Coloca debajo de la bureta la muestra de hidróxido de sodio que tienes en el vaso de precipitados. Abre un poco la llave de la bureta y deja que el ácido clorhídrico se vierta gota a gota en el hidróxido de sodio hasta que está ultima solución se torne transparente. Es importante que mientras agregas el ácido clorhídrico agites suavemente la solución contenida en el vaso de precipitados.

Extrae el saquito de semillas del matraz 2 y tápalo rápidamente. Toma 10 ml. de solución de este matraz y colócalos en un vaso de precipitados. Rotula este vaso con la misma leyenda del matraz 2 y agrega después 1 o 2 gotas de fenolftaleína. Llena nuevamente la bureta y procede a titular como con la muestra anterior.

Realiza la misma operación con los matraces 3 y 4

NOTA: No olvides registrar la cantidad de ácido clorhídrico que en cada caso se empleó para que las muestras tituladas se tornaran transparentes.

C. Precipitación.

Del matraz 1 toma nuevamente 10 ml de hidróxido de sodio y colócalos en un vaso de precipitados, añade 5 gotas de cloruro de bario (BaCl₂) 1M, esta sustancia precipitará el dióxido de carbono absorbido por el hidróxido de sodio. Repite la operación con cada uno de los matraces restantes.    

Resultados:

B. Sobre la titulación.

Para calcular la cantidad de dióxido de carbono producido por las semillas durante la respiración resta la cantidad de ácido clorhídrico gastado en la titulación de la muestra testigo a cada una de las cantidades de ácido clorhídrico consumido en las tres muestras restantes (matraz 2, 3 y 4) y multiplica por 5 cada uno de los valores obtenidos. Con esta operación se obtiene la cantidad de ácido clorhídrico (en mg / L) equivalente al dióxido de carbono desprendido por las semillas.

C.   Sobre la precipitación.

Observa si hay alguna diferencia entre la cantidad de dióxido de carbono precipitado al añadir el cloruro de bario en cada uno de los matraces. Anota estas observaciones. 

Análisis de resultados:

Caracteriza los siguientes conceptos: respiración celular, moléculas orgánicas, carbohidratos, glucosa, ATP, dióxido de carbono, enzimas respiratorias. 

Replanteamiento de las predicciones de los alumnos:

Conceptos clave: titulación, indicadores, fenolftaleína, ácido clorhídrico, ácidos, bases, precipitación.

Relaciones. Con esta actividad los alumnos podrán reconocer que las plantas respiran al verificar que producen CO₂. Por otro lado reconocerán también que este gas es producto del desdoblamiento de la glucosa, proceso que sucede en las células de plantas y animales.  

4.3.3 Lecturas

Lectura 1. ¿Para qué consumen oxígeno los seres vivos?

Es frecuente relacionar la respiración con la acción de tomar aire del ambiente y devolverlo en forma de bióxido de carbono. No obstante, la respiración es una función que involucra mucho más que un intercambio de gases, es un proceso en el que se transforma  la energía de los alimentos en energía útil para los seres vivos. Ahora bien, alguna vez te has preguntado ¿qué participación tiene el aire que respiramos en este proceso? o más aún ¿que es lo que contiene el aire que lo hace esencial para la vida?

Preguntas como las anteriores fueron formuladas también hace ya cientos de años, cuando surgió el interés por estudiar la “bondad” del aire, es decir su utilidad para la respiración de los seres vivos. Sin embargo, las primeras respuestas en torno a ellas no se encontraron en la búsqueda por comprender que era y que consistía la respiración, sino en el interés por conocer los componentes que formaban el aire.

Cabe mencionar que la búsqueda de respuestas a estás interrogantes no fue una tarea sencilla, sobre todo porque en aquellas épocas dominaban ideas acerca de la naturaleza del aire que complicaban el entendimiento de la participación que éste tenía en la respiración.

Para entender esto remontémonos al siglo XVIII…

Durante el siglo XVIII la principal idea con relación a la composición del aire era que existían básicamente dos tipos de aire: uno puro, y otro “viciado” o impuro.

La identificación de estos gases llevó a suponer  que la materia orgánica ardía debido a la acción del gas no viciado, que era considerado un componente volátil del aire.

Esta suposición persistió durante mucho tiempo y tuvo gran influencia en el desarrollo de la química, principalmente en el estudio del comportamiento de los gases, y en la comprensión del proceso respiratorio en donde se comenzó a esbozar los posibles gases que participan en este proceso.

De esta forma la primera aproximación que se tuvo con relación a la respiración se observó en un experimento sencillo: la llama de una vela permanecía encendida cuando ésta se  encontraba en contacto directo con  el aire, en  cambio cuando cubría con un recipiente  de  metal  la llama se apagaba.

¿Habría algo en el aire que mantenía la llama encendida?     

En efecto el aire contenía un componente que hacía que la llama pudiera arder ¿cuál crees que sea este componente?

Para responder esta cuestión Joseph Priestley, un investigador inglés de la época realizó una serie de experimentos con los que diferenció dos tipos distintos de gases involucrados en la respiración; uno que era producido por los animales y otro por las plantas.  Priestley puso un  ratón debajo de una campana de vidrio y observó que con la respiración del animal disminuía una parte significativa del total de aire contenido en ella y que si se dejaba al ratón en estas condiciones moría.

Repitiendo el mismo experimento, puso después una planta en buen estado dentro del contenedor junto a un ratón que había muerto de asfixia, observó con ello que la planta no se marchitó y además que había restaurado la calidad del aire, comprobándolo al colocar otro ratón que se mantuvo vivo en la campana.

Con estos experimentos Priestley postuló que las plantas producían un gas con una propiedad purificadora y restauradora del ambiente, que era el que previamente se había identificado como aire puro, en cambió los animales producían el gas de tipo viciado, que contaminaba el ambiente y que se volvía perjudicial para la vida, gas que años más tarde fue identificado como bióxido de carbono.

Priestley no estableció todos los mecanismos de la respiración, sin embargo con sus experimentos orientó la investigación al demostrar primeramente que el aire contenía una sustancia producida por las plantas que era esencial para la vida de los animales y que éstos  tomaban del ambiente durante la respiración.

La identificación del gas de Priestley, es decir del aire puro,  tuvo como consecuencia la primera explicación sobre el proceso respiratorio en los animales y las plantas. En éstas últimas se comprobó que mantenían una interacción con la atmósfera tomando el aire viciado o bióxido de carbono de ella y devolviéndolo en forma pura. Desafortunadamente esta interacción se interpretó como la respiración de las plantas y no como la fotosíntesis, aludiendo que este proceso se realizaba de forma inversa a la respiración los animales.

Es decir…

Años más tarde el investigador francés Antonie Laurent Lavoisier quién tenía la idea de la acción del aire puro descubierto por Prestley, realizó un experimento similar con el que obtuvo un gas con las mismas propiedades, es decir que era capaz a través de la respiración de mantener la vida animal y de hacer que los cuerpos combustibles ardieran. Lavoisier llamó a este gas oxígeno. Con estos trabajos se llegó a la conclusión de que era el oxígeno el componente que los animales tomaban del aire para respirar.

Pero los estudios sobre la respiración y el oxígeno no llegaron hasta aquí. Lavoisier se interesó en estudiar el papel que desempeñaba el oxígeno dentro del cuerpo de los animales. En una de sus primeras explicaciones este investigador ligó al oxígeno con la producción de calor, comparando que si la combustión en condiciones naturales produce calor, entonces en el cuerpo sucedería lo mismo.

Lavoisier realizó muchos experimentos para sustentar sus hipótesis, por ejemplo comprobó que con la respiración de una animal bajo una campana de cristal había una elevación en la temperatura del ambiente, además pudo demostrar que los pulmones absorbían oxígeno y desechaban bióxido de carbono, postulando que los organismos vivos descomponían y reconstituían el aire atmosférico, de igual modo a lo que ocurría cuando un cuerpo se quemaba. Con estos resultados Lavoisier propuso que la respiración era un tipo de combustión, ya que en ambos procesos se producía calor.

¿En realidad la respiración será un tipo de combustión? 

La idea de que la respiración era una combustión desató grandes conflictos, por ejemplo pensar que los pulmones “correrían” el riesgo de destruirse a causa de esta combustión. Al respecto, Lavoisier mencionó que el calor que se producía en los  pulmones era comunicado a la sangre y de ahí a todo el cuerpo. Tiempo después propuso que al pasar por los pulmones, la sangre tomaba de ellos oxígeno que se combinaba con otros elementos (por ejemplo carbono e hidrógeno) para producir calor.

Estas contradicciones pusieron en duda la idea de que en el cuerpo se realizaba una combustión, sin embargo, lo que si quedaba claro era que el oxígeno se combinaba con otros elementos y que de esta combinación resultaba algo importante para los seres vivos que no era solamente calor.

Entran ahora en jugo otros componentes importantes de la respiración: los alimentos, que fueron considerados la fuente principal de los elementos que se combinaban con el oxígeno, sin embargo este descubrimiento se realizó un siglo más tarde, es decir en el siglo XIX.

¿Qué ocurrió en el siglo XIX?

En esta época se hizo una primera clasificación de las sustancias que contenían los  alimentos, agrupándolas como plásticas y respiratorias. En el primer grupo se consideraba a las proteínas y las grasas, mientras que en el segundo se situaba a los carbohidratos. La relación que se establecía entre las sustancias de los alimentos y el oxígeno llevó a suponer  que cualquier actividad vital que realizaban los seres vivos era resultado de esta combinación.

Con estas suposiciones se reconoce entonces que el producto principal de la respiración no era el calor, sino la energía que los seres vivos necesitan para realizar cualquier actividad, aunque claro, la palabra energía no se uso hasta mucho tiempo después cuando se realizaron trabajos más complejos que implicaron ya estudios microscópicos y ¿Por qué microscópicos?, pues porque después se descubrió que la combinación de las sustancias de los alimentos con el oxígeno no se llevaba a cabo en la sangre, como primeramente se suponía, sino en las células tanto de plantas como de animales.

Instrumento para el análisis y evaluación de la lectura.

1. Elabora una lista con los conceptos que encontraste en la lectura anterior (individual).
2. Elabora una lista jerarquizada de dichos conceptos (individual).
3. Elabora un mapa conceptual con los conceptos anteriores (equipo).
4. Plenaria (cada equipo presenta ante el grupo su mapa conceptual).
5. Evaluación mediante la siguiente rúbrica:

Criterios	Principiante (6)	Intermedio (8)	Avanzado (10)	Puntaje
Detección de conceptos	Detecta alguno de los conceptos principales de la lectura	Detecta los conceptos principales y secundarios	Detecta los conceptos principales, secundarios y recurrentes
Jerarquización	Ausencia de una estructura jerárquica	Establece los conceptos centrales	Se observa una buena organización jerárquica a todos los niveles.
Estructuración de ideas	Carece de lógica en su estructura conceptual	Presenta ideas congruentes con los conceptos de la lectura	Las ideas presentadas en el mapa integran de una forma adecuada la información contenida en la lectura. Incluye ideas no abordadas en la lectura
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Lectura 2. Mecanismos respiratorios en los animales

En los seres vivos la captura y el transporte de oxígeno son funciones importantes. La energía para os procesos biofísicos y bioquímicos se obtiene por medio de la oxidación, esta no es tan sólo una reacción donde participa el oxigeno, desde el punto de vista químico, es la ganancia de electrones. Estos electrones son transportados por acarreadores y en el paso de un acarreador a otro se obtiene energía aprovechable por la célula. De cada molécula orgánica se obtienen numerosos electrones que proporcionan 38 moléculas de ATP por molécula de glucosa. El oxígeno participa en la fase final de la respiración capturando los protones y formando el agua.

La respiración es el término usado para designar la oxidacción degradativa de los compuestos orgánicos que tiene lugar en las células a través de largas series de reacciones enzimáticas  que dan como resultado una transformación gradual de la energía potencial de la molécula en energía cinética, que puede manifestarse y medirse como trabajo, calor y algunas veces luz.

El término respiración se usa a veces en un sentido más amplio que incluye los mecanismos por medio de los cuales obtiene un organismo el oxígeno del medio externo y lo transporta a sus células para sus reacciones oxidativas, pero en sentido estricto se refiere sólo al metabolismo oxidativo.

El desarrollo de la respiración se considera como uno de los acontecimientos evolutivos más importantes y uno de los que proporcionaron muchas oportunidades para el cambio evolutivo, como ya se mencionó en la lectura "Importancia de la fotosíntesis", una causa directa de la fotosíntesis fue la eliminación del oxigeno producto de ésta a la atmósfera. Los organismos empleaban la respiración anaerobia como la forma de obtener la energía de las moléculas orgánicas, en ella los compuestos orgánicos se descomponen parcialmente y se obtiene sólo una fracción de la energía potencial de la molécula y dióxido de carbono. En la respiración aerobia casi toda la energía potencial (93 %) de la molécula de glucosa se transforma en energía aprovechable por la célula.

Actualmente se sabe que la respiración es parecida en todos aquellos organismos en los que están implicadas enzimas similares y que siguen caminos similares para la oxidación de cualquier molécula alimenticia. El oxigeno y dióxido de carbono entran o salen de todas las células por difusión.

La difusión sólo se realiza si el tejido no tiene más de un milímetro de diámetro y a una distancia de 0.5 mm de la fuente de oxígeno, la difusión entonces se dificulta para los organismos macroscópicos y con muchas capas celulares. En el caso de los organismos unicelulares toda su superficie está en contacto con el oxigeno del ambiente.

En   casi todos los seres vivos la superficie del cuerpo proporciona oxígeno al cuerpo pero conforme el tamaño aumenta y la complejidad se incrementa este suplemento de oxígeno no es suficiente para satisfacer los requerimientos de todas y cada una de las células. En la evolución se desarrollaron respuestas de los organismos para satisfacer la demanda de oxígeno. En  algunos animales se derivaron estructuras y órganos de la pared corporal que son esencialmente prolongaciones de ella, ya sea como crecimientos externos o internos. Los crecimientos hacia el exterior se denominan con el término general de "branquias" y las interiores con el término de "pulmones".

Es esencial para el funcionamiento eficiente de cualquier superficie respiratoria,  que el medio con el que esta en contacto se esté cambiando constantemente para que no se reduzca la cantidad de oxígeno e incremente la de dióxido de carbono, esta renovación se consigue con la presencia de cilios, flagelos o movimientos del cuerpo.

En el caso del mecanismo cutáneo es muy importante que la superficie corporal esté húmeda, situación que favorece la difusión de los gases.

Por definición una branquia es un órgano para la captura de gases y su eliminación debajo del agua. En la práctica es un término que se usa para designar varias estructuras de diferentes tipos a través de las cuales puede pasar el oxígeno del aire, así como del agua, siempre que la superficie de la branquia esté húmeda

Al término de pulmón también le ha  sucedido lo mismo que al de branquia, muchas estructuras se nombran como "pulmones". Generalmente el pulmón es cualquier área de la pared del cuerpo vuelta hacia adentro, replegada o que crece hacia el interior, el intercambio puede ser en agua o aire.

El mecanismo traqueal incluye tubos llenos de aire, abiertos al exterior por espiráculos y desarrollados, al menos en parte, como crecimiento hacia el interior de la superficie del cuerpo. Para los insectos, el sistema traqueal es un sistema de transporte, ya que la hemolinfa no toma parte en el transporte de los gases como lo hacen la sangre o linfa de otros animales con otros mecanismos respiratorios.

Instrumento para el análisis y evaluación de la lectura.

1. Elabora una lista con los conceptos que encontraste en la lectura anterior (individual).
2. Elabora una lista jerarquizada de dichos conceptos (individual).
3. Elabora un mapa conceptual con los conceptos anteriores (equipo).
4. Plenaria (cada equipo presenta ante el grupo su mapa conceptual).
5. Evaluación mediante la siguiente rúbrica:

Criterios	Principiante (6)	Intermedio (8)	Avanzado (10)	Puntaje
Detección de conceptos	Detecta alguno de los conceptos principales de la lectura	Detecta los conceptos principales y secundarios	Detecta los conceptos principales, secundarios y recurrentes
Jerarquización	Ausencia de una estructura jerárquica	Establece los conceptos centrales	Se observa una buena organización jerárquica a todos los niveles.
Estructuración de ideas	Carece de lógica en su estructura conceptual	Presenta ideas congruentes con los conceptos de la lectura	Las ideas presentadas en el mapa integran de una forma adecuada la información contenida en la lectura. Incluye ideas no abordadas en la lectura
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Lectura 3: Entrada y salida de sustancias de la célula.

Todos los seres vivos, ya sean unicelulares o multicelulares, intercambian sustancias del medio a través de sus células. Este intercambio es controlado por la membrana celular, y resulta esencial para el mantenimiento de las estrictas condiciones que las células requieren para su óptimo funcionamiento, por ejemplo de pH y concentraciones iónicas. Sin embargo, la capacidad de las membranas celulares para desempeñar esta función no dependen solamente de su estructura lipídica (dos capas de lípidos) y proteíca, sino también de las propiedades físicas y químicas de las sustancias que se movilizan a través de ellas (iones, moléculas y agregados de moléculas.

El agua, oxígeno y dióxido de carbono se encuentran entre las pocas moléculas simples que pueden cruzar libremente las membranas de las células. A este tipo de transporte celular se le conoce como transporte pasivo y se caracteriza porque las células no consumen energía en forma de ATP para que se lleve a cabo. Entre los ejemplos de este tipo de transporte se incluyen la difusión de oxígeno y dióxido de carbono, así como la osmosis del agua y la difusión facilitada. Las sustancias que entran y salen de la célula por difusión se movilizan a favor de un gradiente de concentración, es decir, se mueven de una zona de mayor concentración a otra de concentración menor.

Entonces… ¿qué es la difusión?

La difusión es el movimiento neto de una sustancia, ya sea líquida o gaseosa, de un área de alta concentración a una de baja concentración. Dado que las moléculas de cualquier sustancia se movilizan cuando su temperatura esta por encima del cero absoluto, existe una disponibilidad de energía, (llamada energía potencial), para que las misma se muevan desde un estado de potencial alto a uno de potencial bajo. La mayoría de las moléculas se movilizan desde una concentración alta a una baja y eventualmente, si no se agrega energía al sistema, las moléculas llegan a un estado de equilibrio en donde se distribuyen homogéneamente.

Las características esenciales de la difusión son que cada molécula o ion se mueven independientemente de los otros y que estos movimientos son al azar. El resultado neto de la difusión es que las sustancias que se difunden resultan distribuidas uniformemente.

La difusión y las células.

La difusión constituye una de las principales formas de movimiento de sustancias entre las células.  El oxígeno y dióxido de carbono, ambos no polares, son solubles en lípidos y se mueven fácilmente a través de la bicapa lipídica de las membranas celulares. Las moléculas de agua a pesar de su polaridad atraviesan sin impedimento las membranas, aparentemente  por aberturas que pueden ser poros permanentes, o bien aberturas momentáneas  resultantes de los movimientos de las moléculas de lípidos. El movimiento de moléculas de agua a través de la membrana celular es un caso especial de difusión que se conoce como osmosis.

La difusión es también una vía principal para el movimiento de las sustancias dentro de las células. Es un proceso esencialmente lento, excepto cuando las distancias son muy cortas, de esta manera una difusión eficiente requiere no sólo de una distancia relativamente corta sino también de un gradiente de concentración pronunciado.

Por sus actividades metabólicas, las células mantienen marcadas diferencias de concentración de muchas sustancias y la velocidad a la que éstas se movilizan algunas veces puede ser afectada por movimientos independientes como las corrientes citoplasmáticas, un ejemplo de este fenómeno es la ciclosis que es el movimiento producido en el citoplasma por los cambios de estado del citoesqueleto ante estímulos externos, como la luz.

Un caso de difusión.

Un ejemplo del fenómeno de difusión es la entrada y salida de oxígeno y dióxido de carbono en las células.

El dióxido de carbono se produce constantemente en las células como consecuencia de su actividad metabólica, por tanto como la fuente de este compuesto esta en el interior celular el flujo neto de sus moléculas es hacia el exterior de éstas. Por su parte, la concentración de oxígeno es mayor en el exterior de las células y debido a que usualmente este elemento es requerido en algunos procesos metabólicos, el flujo neto de las moléculas de este gas es hacia el interior de las mismas. 

El movimiento de oxígeno y dióxido de carbono se realiza por mecanismos fisicoquímicos a favor de un gradiente de concentración entre la parte interna y externa de las membranas celulares. En el caso particular del ser humano, cuando el aire se introduce al cuerpo por la nariz o boca y recorre todo el tracto respiratorio hasta llegar a los alvéolos, tanto el oxígeno como el dióxido de carbono se difunden a través de las delgadas membranas de estas estructuras microscópicas hasta llegar a los capilares sanguíneos. En esta situación, el movimiento de gases ocurre como consecuencia de diferentes presiones de oxígeno y dióxido de carbono que tienen lugar en los alvéolos.

Difusión empleando proteínas acarreadoras.

Algunas proteínas pueden transportar sustancias a través de la membrana solamente si hay un gradiente de concentración favorable, lo que no implicaría gasto de energía. Este acarreo mediado por transportadores se conoce como difusión facilitada y al igual que la difusión simple son consideradas procesos pasivos ya que no implican despliegue energético alguno, ambas son impulsadas por un gradiente de concentración. Algunos iones y moléculas hidrofílicas sólo pueden atravesar las membranas celulares desde una región de mayor concentración a una región de menor concentración si disponen de una proteína de transporte específica que les permita pasar, por lo tanto la velocidad a la cual se difunden este tipo de moléculas a través de la doble capa de lípidos no depende solamente del gradiente de concentración sino también del número de proteínas de transporte específicas para ellas disponibles en la membrana.  Un ejemplo de este tipo de moléculas es la glucosa, que entra a la mayoría de las células por difusión facilitada. Por otra parte, se pueden citar a la acuaporinas que son proteínas de la membrana que pueden facilitar el paso de moléculas de agua al interior y exterior de la célula. 

Instrumento para el análisis y evaluación de la lectura.

1. Elabora una lista con los conceptos que encontraste en la lectura anterior (individual).
2. Elabora una lista jerarquizada de dichos conceptos (individual).
3. Elabora un mapa conceptual con los conceptos anteriores (equipo).
4. Plenaria (cada equipo presenta ante el grupo su mapa conceptual).
5. Evaluación mediante la siguiente rúbrica:

Criterios	Principiante (6)	Intermedio (8)	Avanzado (10)	Puntaje
Detección de conceptos	Detecta alguno de los conceptos principales de la lectura	Detecta los conceptos principales y secundarios	Detecta los conceptos principales, secundarios y recurrentes
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Lectura 4: Respiración celular

En sentido estricto, la respiración es un proceso que realizan todos los seres vivos a nivel celular que consiste en la liberación de la energía que contienen las moléculas orgánicas que se sintetizan o incorporan durante la nutrición.

Sin embargo, es frecuente pensar que la respiración se limita a la obtención del oxígeno del medio y a la expulsión de dióxido de carbono empleando estructuras como branquias, tráqueas, piel o pulmones; cuando en realidad dichas estructuras son parte de los mecanismos respiratorios exclusivos de los animales, que éstos emplean para poner en contacto el oxígeno con el interior de las células. 

La respiración se lleva a cabo en las células de todos los seres vivos. El desdoblamiento de los nutrientes que tiene lugar en este proceso trae como consecuencia la liberación de energía útil en forma de  ATP (Adenosin Trifosfato). Cuando el oxígeno está presente el rompimiento de las moléculas nutritivas es completo y por lo tanto se libera mayor cantidad de ATP (respiración aerobia), cuando el rompimiento es incompleto, sin que participe el oxígeno, la liberación de energía es menor (respiración anaerobia).

Es por esta razón, que para algunos seres vivos la captación del oxígeno del medio es imprescindible, este gas en el interior de las células es conducido hasta las mitocondrias donde actúa como aceptor final de electrones, que se liberan al descomponer los nutrientes

Pero… ¿de quién se obtiene la energía primaria?

Originalmente, la energía de todos los seres vivos proviene del sol, esta energía es transformada por los organismos autótrofos en energía química contenida en las moléculas de glucosa (fotosíntesis). A través de la respiración, en las mitocondrias tanto de células animales como vegetales, la glucosa es degradada hasta liberar energía útil, para la célula,  en forma de ATP. El ATP es comparado con una “moneda energética” debido a que es la forma de energía que las células pueden emplear de manera inmediata para llevar a cabo todas sus funciones.

¿Qué son las mitocondrias?

Las mitocondrias son los organelos celulares donde se realiza la respiración. Estas estructuras tienen forma de un “frijolito” y miden de 0.5 a 0.7 micrómetros (micrómetros=la milésima parte de un milímetro). Las mitocondrias están formadas por dos membranas, una externa que rodea a todo el organelo y que permite el libre acceso de gran cantidad de sustancias del exterior y una interna que se dispone en forma de pliegues llamados crestas mitocondriales, membrana que es impermeable al paso de sustancias.

Entre las dos membranas se encuentra un líquido viscoso llamado matriz mitocondrial que contiene las enzimas responsables de desdoblar las moléculas nutritivas.

¿Cómo se realiza el desdoblamiento de las moléculas orgánicas?

Generalmente, la glucosa es la molécula modelo que se utiliza para explicar como se lleva a cabo el rompimiento de las moléculas orgánicas en el interior de las células y la consecuente liberación de energía, es decir la respiración.

La glucosa es un carbohidrato formado por seis carbonos, por eso se le denomina hexosa. La primera etapa del rompimiento de esta molécula se denomina glucólisis, sucede en el citoplasma de la célula y se realiza en ausencia de oxígeno. En este proceso el rompimiento es parcial formándose, a través de la acción de enzimas, dos moléculas de tres átomos de carbono y sólo dos moléculas de ATP, además se produce agua y dióxido de carbono, gas que se desecha a la atmósfera. La glucólisis la llevan a cabo organismos como las bacterias y levaduras que obtienen “escasa” energía del rompimiento incompleto de la glucosa.

Posteriormente, en las células eucariontes después de la glucólisis se continua la degradación de las 2 moléculas de 3 átomos de carbono por medio de dos procesos complejos: el ciclo de Krebs y la cadena respiratoria, ambas series de reacciones se realizan en las crestas mitocondriales donde existen una gran cantidad de complejos enzimáticos que permiten obtener el resto de la energía química almacenada en los enlaces de la glucosa.

Instrumento para el análisis y evaluación de la lectura.

1. Elabora una lista con los conceptos que encontraste en la lectura anterior (individual).
2. Elabora una lista jerarquizada de dichos conceptos (individual).
3. Elabora un mapa conceptual con los conceptos anteriores (equipo).
4. Plenaria (cada equipo presenta ante el grupo su mapa conceptual).
5. Evaluación mediante la siguiente rúbrica:

Criterios	Principiante (6)	Intermedio (8)	Avanzado (10)	Puntaje
Detección de conceptos	Detecta alguno de los conceptos principales de la lectura	Detecta los conceptos principales y secundarios	Detecta los conceptos principales, secundarios y recurrentes
Jerarquización	Ausencia de una estructura jerárquica	Establece los conceptos centrales	Se observa una buena organización jerárquica a todos los niveles.
Estructuración de ideas	Carece de lógica en su estructura conceptual	Presenta ideas congruentes con los conceptos de la lectura	Las ideas presentadas en el mapa integran de una forma adecuada la información contenida en la lectura. Incluye ideas no abordadas en la lectura
Total

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[1] Las planarias se pueden conseguir en los acuarios de agua estancada en las instalaciones del Siladin, o en un canal de Xochimilco las puedes capturar con un hilo sosteniendo un pedazo de hígado de pollo suspendido aproximadamente 10 minutos en el interior del agua y colocarlas en frascos de boca ancha.

[2] Los cultivos se pueden preparar hirviendo sendos recipientes con arroz, paja y trigo, después de enfriar se inoculan un gotero de agua estancada y se deja en la oscuridad. Es conveniente prepararlos entre 10 y 15 días de anticipación a la realización de la práctica.