Procesos Vitales en Plantas y Animales: Nutrición, Transporte y Excreción

La Función de Nutrición en los Seres Vivos

Nutrición en las Plantas

El reino Plantae se caracteriza por ser organismos pluricelulares autótrofos y poseer una pared vegetal de celulosa.

La nutrición vegetal se caracteriza por ser autótrofa fotosintética: elaboran materia orgánica a partir de la inorgánica, utilizando la energía solar. Esto es posible gracias a los cloroplastos que poseen pigmentos fotosintéticos.

Clasificación de las Plantas según su Organización

• Plantas con organización tipo talo (Talofitas): No poseen auténticos tejidos ni órganos (ej. musgos y hepáticas). Están muy ligadas al agua y siempre viven en ambientes húmedos. Las briofitas fueron los primeros vegetales en colonizar el medio terrestre (no necesitan sistemas de transporte).
• Plantas con organización tipo cormo (Cormofitas): Poseen tejidos estructurados en órganos especializados en la absorción, transporte y realización de la fotosíntesis. Este avance evolutivo ha permitido la independencia del medio acuático de las plantas vasculares.

Obtención y Transporte de Nutrientes

Absorción del Agua

Se realiza a través de las raíces, que en su epidermis poseen células especializadas llamadas pelos absorbentes.

El proceso por el cual el agua pasa a los pelos absorbentes es la ósmosis. Para que esta tenga lugar es necesario que la concentración de solutos en el suelo sea menor que la que tienen las células epidérmicas.

Tras penetrar en las células epidérmicas, el agua va pasando por los espacios intercelulares y atravesando paredes de celulosa y parénquima hasta que alcanza el xilema y comienza a ascender por el tallo.

Entrada de las Sales Minerales

La raíz es el órgano encargado de la incorporación de las sales minerales. Para que esto ocurra, las sales deben formar iones o encontrarse en cantidades mínimas como los oligoelementos.

Las sales entran por la raíz por transporte activo, desde la disolución menos concentrada a la más concentrada. En este proceso intervienen proteínas transportadoras localizadas en la membrana de las células de la raíz.

La incorporación de las sales se produce mediante dos mecanismos:

• Entrada vía apoplástica o vía B: Las sales entran disueltas en agua y pasan a través de espacios intercelulares y entre las paredes vegetales de celulosa del parénquima cortical (apoplasto). Al llegar a la Banda de Caspari los iones son seleccionados y penetran por transporte activo y el agua lo hace por ósmosis.
• Entrada vía simplástica o vía A: Sales entran mediante transporte activo en las células. Una vez en el citoplasma (simplasto), las sales circulan a través de los plasmodesmos.

Los compuestos nitrogenados solo pueden ser absorbidos en forma de nitratos; cuando el suelo carece de ellos, se recurre a ciertas bacterias que se asocian en simbiosis a raíces de plantas y son capaces de fijar el nitrógeno atmosférico.

Al conjunto formado por agua y sales minerales se le llama savia bruta.

Transporte de la Savia Bruta

En el siglo XIX, se formuló la teoría de transpiración-tensión-cohesión.

Para ascender por los tallos, la savia bruta debe estar sometida a grandes presiones. Se ha comprobado la existencia de un gradiente de potenciales hídricos, cuya causa estaría en la variación progresiva de sus concentraciones de soluto.

Los procesos que hacen posible el ascenso de la savia son los siguientes:

• Transpiración del agua en las hojas: La salida del agua a través de los estomas origina una presión negativa llamada tensión que aspira el agua hacia arriba. Este ascenso ocurre gracias a la cohesión de las moléculas de agua. En zonas tropicales, por la humedad, se liberan gotas de agua en un proceso llamado gutación.
• Presión radicular: Crea un flujo de agua entre el suelo y la raíz.
• Capilaridad: Permite ascender por un tubo fino debido a la cohesión entre las moléculas de agua y por la adhesión de las moléculas a las paredes del tubo.

Incorporación de los Gases

Las plantas necesitan la incorporación de oxígeno para obtener energía de la respiración y también CO2.

Las plantas absorben ambos gases de la atmósfera mediante tres tipos de estructuras:

• Pelos radicales: Situados en la raíz, captan los gases que se encuentran disueltos en el agua.
• Estomas: Estructura de la epidermis, especializada en el intercambio de gases. El estoma está formado por dos células oclusivas que dejan pasar los gases a través del ostiolo. La turgencia de las células oclusivas se debe a la entrada de agua desde sus células adyacentes.

Factores que influyen en la apertura estomática

1. Cambios en la concentración de iones potasio (K+): Al entrar K+ en las células oclusivas, estas se vuelven hipertónicas y absorben agua por ósmosis. Al salir iones K+, las células se convierten en hipotónicas y se vacían de agua.
2. Cambios de exposición a la luz: La entrada de iones K+ se activa por la luz. Durante el día los estomas se abren y durante la noche se produce el proceso contrario.
3. Cambios en la concentración de CO2: De noche solo se produce la respiración, por lo que se acumula CO2 y se cierran los estomas.
4. Altas temperaturas: Provocan el cierre del estoma para impedir pérdidas de agua.

• Lenticelas: Orificios de los tallos leñosos que permiten la penetración de los gases.

Fotosíntesis

Proceso anabólico mediante el cual las plantas transforman la materia inorgánica en materia orgánica utilizando la energía luminosa. Es un proceso biosintético.

FÓRMULA GENERAL:

(Se asume que aquí iría la ecuación química, no incluida en el texto original, pero se mantiene la estructura.)

Importancia de la Fotosíntesis

• Sintetiza la materia orgánica: Utiliza como fuente el CO2 atmosférico, que incorpora a la materia viva e inicia la cadena trófica. Se llaman organismos productores.
• Transforma la energía solar: En energía química.
• Libera oxígeno: La fotosíntesis es el único proceso que consume CO2 y libera O2.

Tiene lugar en los cloroplastos, orgánulos celulares cuyas moléculas tienen pigmentos fotosintéticos o fotorreceptores, capaces de absorber la energía luminosa. Estos pigmentos pueden ser: clorofilas a y b, y carotenoides.

La eficacia de la fotosíntesis (cantidad de materia orgánica formada por unidad de tiempo) se ve influida por factores ambientales:

• Intensidad lumínica: A mayor intensidad de luz, mayor actividad fotosintética.
• Concentración de CO2: Incrementa el rendimiento.
• Temperatura: Si es baja, apenas se realiza la fotosíntesis.

Proceso Fotosintético

Se puede dividir en dos fases:

• Fase luminosa: Se da en presencia de luz. Es la primera fase de la fotosíntesis y tiene lugar en los tilacoides.
  1. Los pigmentos fotosintéticos captan la energía luminosa y se liberan electrones, formando energía química.
  2. Se produce la fotólisis del agua.
  3. Los H obtenidos son recogidos y tienen poder reductor.
  4. El oxígeno producido se libera a la atmósfera.
• Fase oscura: No necesita luz. Es la segunda fase fotosintética y tiene lugar en el estroma del cloroplasto. En ella el CO2 se incorpora para formar moléculas de glucosa utilizando la energía y el poder reductor de la fase luminosa. Esto se conoce como ciclo de Calvin.

Transporte de la Savia Elaborada

El transporte se realiza a través del floema, que tiene células vivas comunicadas por placas cribosas. La solución se llama savia elaborada, y es un fluido constituido por agua, sacarosa y aminoácidos.

El proceso de reparto se denomina translocación. El transporte de savia se realiza por flujo por presión, que afirma que hay un gradiente de presión denominado fuentes y zonas donde se consumen sus productos, sumideros.

La velocidad de circulación varía según la época del año; en otoño las placas se taponan con calosa y la velocidad es mínima.

El mecanismo de circulación es el siguiente:

1. La savia pasa por transporte activo desde las células productoras a las acompañantes.
2. De las células acompañantes se desplaza a las células cribosas a través de plasmodesmos.
3. Dentro de los vasos la savia circula atravesando las placas cribosas.
4. Los tubos incrementan su presión hidrostática (fuerza que mueve la savia).
5. Al perder hidratos, las células se quedan en una concentración hipotónica y origina el paso del agua del floema al xilema.

Excreción en Vegetales

Características de los mecanismos de excreción en plantas:

• Pequeñas cantidades de productos de excreción.
• Parte de estos metabolitos son reutilizados.
• Algunos productos de excreción se pueden considerar secreciones.

Los principales productos de excreción vegetal son sustancias volátiles.

Nutrición Heterótrofa en Vegetales

• Plantas carnívoras: Fotosintéticas, suelen vivir en medios pobres en nitrógeno.
• Plantas parásitas: No son fotosintéticas, viven sobre otras plantas a las que absorben la savia elaborada.
• Plantas semiparásitas: Fotosintéticas y tienen haustorios.

Función de Nutrición en los Animales

La Digestión en los Animales

El aparato digestivo de los animales consiste en un tubo con orificio en la entrada y otro de salida, formado por varias regiones donde se llevan a cabo distintas fases del proceso.

Fases de la Digestión

• Ingestión: Forma de incorporar al organismo el alimento desde el exterior. Algunos animales acuáticos filtran de forma pasiva partículas en suspensión del agua. Los animales que capturan el alimento de forma activa poseen una cavidad bucal.
• Digestión: Transformación del alimento en moléculas más sencillas. La digestión química se lleva a cabo por enzimas digestivas.

Tipos de Digestión Química

• Intracelular: Se da en el interior de las células. Propia de animales sencillos. El alimento entra en la célula por una vacuola en la que los lisosomas vierten el contenido enzimático.
• Extracelular: Se da fuera de la célula en un tubo digestivo.
• Mixta: Se realiza en dos etapas, primero tiene lugar la digestión extracelular y luego se completa en el interior de las células.

Para facilitar el ataque de las enzimas, algunos organismos llevan a cabo una digestión mecánica (fragmentación y trituración).

• Absorción: Incorporación de nutrientes al organismo.
• Egestión: Expulsión de productos no asimilados por la digestión, generalmente por el ano.

Aparato Digestivo en Invertebrados

La digestión extracelular de los animales más primitivos fue seguramente micrófaga (partículas en suspensión). El paso a la alimentación macrófaga (partículas mayores) trajo consigo el tubo digestivo.

Ejemplos por Filo

• Poríferos: Pared perforada por numerosos poros inhalantes que conducen el agua al atrio, recubierto de coanocitos (digestión intracelular). Los desechos son expulsados por el ósculo.
• Cnidarios: Único orificio que funciona de boca y ano. Sus tentáculos atraen a las presas, las cuales son capturadas gracias a los cnidoblastos (contienen cnidocitos). Una vez en el atrio, se lleva a cabo una digestión extracelular parcial (digestión mixta).
• Anélidos: Tubo digestivo con dos orificios (boca y ano). A lo largo del tubo se distingue: faringe, buche, molleja e intestino (digestión extracelular).
• Moluscos: Aparato formado por esófago, estómago e intestino, con glándulas anejas como el hepatopáncreas (digestión extracelular). Los gasterópodos poseen en la boca la rádula (raspar alimento). Los cefalópodos atrapan a las presas con sus tentáculos y los bivalvos filtran las partículas del agua.
• Artrópodos: Su aparato digestivo consta de boca, esófago, buche, molleja, estómago, intestino y ano. Han desarrollado glándulas salivares y algunos crustáceos tienen en su interior un molinillo gástrico (función trituradora).
• Equinodermos: Los erizos de mar tienen la linterna de Aristóteles (aparato masticador). Tienen un esófago corto comunicado con el estómago, y el intestino desemboca en un orificio anal situado dorsalmente.

Aparato Digestivo en Vertebrados

El tubo digestivo de los vertebrados consta de cavidad bucal, faringe, esófago, estómago, intestino medio, posterior y ano.

Cavidad Bucal

Inicio de la digestión mecánica y química. La boca presenta estructuras variadas:

• Pico: Estructura externa de naturaleza córnea.
• Dientes: En peces, anfibios y reptiles tienen la función de retener; los mamíferos los usan con función masticadora.
• Glándulas salivares: Segregan saliva (agua y mucina (humedecen y lubrican el alimento), amilasa (almidón) y lisozima (destruye bacterias)).
• Lengua: Los vertebrados terrestres tienen una lengua móvil que facilita la deglución.

Faringe

Parte posterior de la cavidad bucal. Conducto musculoso que empuja el bolo alimenticio hacia el esófago (deglución). Los vertebrados terrestres tienen un repliegue llamado epiglotis.

Esófago

El alimento avanza gracias a los movimientos peristálticos hasta el estómago. A veces tiene una dilatación lateral llamada buche.

Estómago

Dilatación que retiene el alimento. Está tapizado por una capa de mucosa con glándulas que segregan mucina, pepsina (rompe polipéptidos) y HCl (genera pH que destruye bacterias y permite la acción de la pepsina). El bolo se convierte en quimo.

Estómago de Rumiantes

Dividido en cuatro cámaras:

• Panza: Con microorganismos simbióticos que descomponen celulosa.
• Redecilla: Alimento fermentado se devuelve a la boca.
• Libro u omaso: Alimento ya triturado y absorbe agua.
• Cuajar o abomaso: Actúan enzimas digestivas.

Intestino Medio

Tubo que se comunica con el estómago por el píloro. Sus funciones son:

Digestión en el Intestino

Finaliza la digestión química gracias a las secreciones del hígado y páncreas.

• Jugo intestinal: Producido por glándulas de la mucosa intestinal.
• Jugo pancreático: Segregado por el páncreas, contiene bicarbonato sódico que neutraliza el HCl del estómago.
• Bilis: Producido por el hígado y almacenado en la vesícula biliar, emulsiona grasas. La bilis y el jugo pancreático alcanzan el duodeno por los conductos colédoco y pancreático.

Al finalizar la digestión, el quimo se transforma en el quilo, compuesto por agua, productos resultantes de la digestión y restos de alimentos no digeridos.

Absorción

Los nutrientes obtenidos de la digestión son absorbidos por la pared del intestino para incorporarse al torrente sanguíneo. Para aumentar la superficie de absorción, el intestino tiene vellosidades intestinales y la mucosa tiene repliegues llamados microvellosidades.

Mecanismos de Absorción de Nutrientes

• Transporte activo: Requiere energía y transporta glucosa y aminoácidos.
• Difusión facilitada: Requiere proteína transportadora y gradiente de concentración, y transporta fructosa.
• Difusión simple: Requiere gradiente de concentración y transporta sales minerales, vitaminas, ácidos grasos y glicerina.

Los ácidos grasos y glicerina forman complejos lipoproteicos llamados quilomicrones.

Intestino Posterior

Se comunica con el intestino medio por la válvula ileocecal (similar al colon y recto). Su principal función es absorber agua; los residuos se van compactando y se expulsan al exterior mediante la defecación o egestión.

Circulación y Transporte en Animales

Las células de los tejidos animales están bañadas por un líquido intersticial, que constituye el medio interno. Los animales más sencillos realizan el intercambio por difusión.

El aparato circulatorio está formado por un sistema de tubos por cuyo interior circula un líquido que forma parte del medio interno. El oxígeno es transportado por pigmentos respiratorios, cuya estructura molecular cuenta con un átomo metálico.

Para el correcto funcionamiento, se debe mantener el volumen y la composición química del medio interno (homeostasis).

Componentes del Aparato Circulatorio

• Fluido circulante: Transporta sustancias (agua, sales y otras moléculas). Puede ser de varios tipos:
  • Hidrolinfa: (Equinodermos) Células fagocitarias con función defensiva.
  • Hemolinfa: (Invertebrados) Células defensivas y pigmento respiratorio llamado hemocianina.
  • Sangre: (Anélidos y vertebrados) Formada por plasma, glóbulos blancos, rojos (hemoglobina: proteína transportadora) y plaquetas.
  • Linfa: Formado por plasma y células denominadas linfocitos.
• Corazón: Órgano encargado de impulsar los fluidos mediante contracción y dilatación. Pueden ser de varios tipos: tubulares (una sola cámara), accesorios (localizados en zonas concretas del cuerpo) o tabicados (divididos internamente en dos o más cámaras).
• Vasos: Tubos por los que circulan los fluidos:
  • Arterias: Llevan sangre del corazón a los demás órganos.
  • Venas: Llevan sangre de retorno al corazón.
  • Capilares: Vasos muy finos donde se realiza el intercambio de sustancias.

Modelos de Aparato Circulatorio

Aparato Circulatorio Abierto

Los vasos no se conectan entre sí por medio de capilares. Estos animales presentan una cavidad denominada hemocele (contiene hemolinfa). Propio de artrópodos y de la mayoría de moluscos. Los equinodermos presentan un sistema de lagunas conectado con el sistema ambulacral y carecen de corazón.

Aparato Circulatorio Cerrado

Vasos conectados por una red de capilares. La circulación se da de la siguiente forma:

1. El corazón bombea la sangre hacia las arterias hasta llegar a los capilares.
2. Los capilares facilitan que el plasma se filtre dando lugar al intercambio de gases, nutrientes, etc.
3. Los capilares se reúnen en venas cada vez mayores que vierten de nuevo la sangre en el corazón.

Evolución del Aparato Circulatorio

• Simple: Único circuito, la sangre pasa una sola vez por el corazón.
• Doble: Dos circuitos y la sangre pasa dos veces por el corazón para hacer un recorrido completo. Puede ser:
  • Incompleta: Mezcla de sangre oxigenada y no oxigenada.
  • Completa: No hay mezcla de sangre.

Aparato Circulatorio en Vertebrados

• Peces: Circulación simple y completa.
• Anfibios: Circulación doble e incompleta.
• Reptiles: Circulación doble e incompleta.
• Aves y mamíferos: Circulación doble y completa.

Circulación en el Corazón de los Mamíferos

La aurícula derecha recibe la sangre desoxigenada, que pasa al ventrículo derecho y de ahí al circuito pulmonar donde se oxigena. Esta sangre regresa por cuatro venas pulmonares a la aurícula izquierda, donde pasa al ventrículo izquierdo, que la expulsa por la arteria aorta al resto del cuerpo.

El ciclo cardíaco es la alternancia del movimiento de sístole y diástole del corazón.

Linfa

El sistema circulatorio linfático es propio de vertebrados y está formado por:

• Linfa: Líquido parecido al plasma sanguíneo, carece de plaquetas y glóbulos rojos, pero tiene gran cantidad de glóbulos blancos.
• Vasos linfáticos: Capilares terminales, que desembocan en el sistema sanguíneo. Recuperan el fluido extracelular filtrado desde capilares.
• Ganglios linfáticos: Agrupaciones celulares situadas a lo largo de vasos linfáticos, tienen función defensiva.
• Órganos linfoides: Masas celulares, destaca el bazo, timo y amígdalas.

Respiración en Animales

• Respiración celular: Conjunto de reacciones químicas que permite la obtención de energía en el interior de las células.
• Respiración externa: Intercambio de gases con el medio, cuya finalidad es la captación del O2 y la expulsión del CO2. En animales más sencillos este intercambio se produce por difusión.

Las distintas estructuras anatómicas de la respiración deben cumplir:

• Superficie de intercambio de gases amplia.
• Paredes delgadas que favorecen la difusión.
• Superficie siempre húmeda.
• Gran capilarización interna.
• Fluido circulatorio con pigmentos respiratorios.

Modelos de Respiración Animal

Respiración Cutánea

Propia de animales que viven en ambientes acuáticos o muy húmedos. El intercambio de gases se realiza a través de la piel.

Respiración Branquial

Propia de animales acuáticos. Las branquias son estructuras respiratorias compuestas por láminas con una amplia red de capilares en su interior.

• Branquias externas: Más primitivas. Estos animales deben estar en movimiento constante creando corrientes, porque carecen de sistema de ventilación.
• Branquias internas: Aparición de un mecanismo de ventilación.
  • Moluscos: Protegidas por la cavidad paleal.
  • Crustáceos: Protegidas por cámaras que forman parte del caparazón.
  • Peces cartilaginosos: El agua entra por la boca (espiráculos) y sale por las hendiduras branquiales.
  • Peces óseos: Protegidas por el opérculo. La sangre circula con un mecanismo de contracorriente.

Respiración Traqueal

Propia de artrópodos terrestres. Consta de una serie de tubos llamados tráqueas que se comunican con el exterior por unos orificios llamados espiráculos. Estas se ramifican en traqueolas. La ventilación se produce mediante un sistema de apertura y cierre de los espiráculos.

Respiración Pulmonar

Propia de anfibios adultos, reptiles, aves y mamíferos. Se lleva a cabo mediante pulmones (cavidades internas vascularizadas donde tiene lugar el intercambio gaseoso). Existen dos tipos de pulmones:

• De difusión: Carecen de mecanismos de ventilación. Propios de arácnidos y gasterópodos.
• De ventilación: Dos pulmones en forma de saco que se comunican con el exterior por las vías respiratorias, que comienzan en las fosas nasales y continúan por la faringe, laringe, tráquea y bronquios. Se realizan movimientos de inspiración y espiración.

Tipos de Pulmones en Vertebrados

• Anfibios: En estado larvario presentan branquias. De adultos presentan pulmones, respiración bucofaríngea o cutánea.
• Reptiles: Tienen pulmones.
• Aves: Expansiones denominadas sacos aéreos con bronquios que terminan en parabronquios.
• Mamíferos: Tienen pulmones con alvéolos que terminan en bronquios y bronquiolos.

Excreción en los Animales

Consiste en la eliminación de los productos de desecho del metabolismo celular.

Productos de Desecho en los Animales

• Dióxido de carbono: Producto de la respiración celular, se expulsa por medio de estructuras respiratorias.
• Agua y sales minerales: Necesidad de eliminar su exceso.
• Productos nitrogenados: Productos del metabolismo de las proteínas y ácidos nucleicos. Se clasifican en:
  • Amoniotélicos: Expulsan amoniaco.
  • Ureotélicos: Excretan productos nitrogenados en forma de urea.
  • Uricotélicos: Excretan nitrógeno en forma de ácido úrico.

Sistemas de Excreción de los Invertebrados

Los animales más sencillos excretan por difusión. Los demás invertebrados poseen órganos específicos:

• Protonefridios: Platelmintos. Formado por tubos ramificados con células con cilios o flagelos.
• Metanefridios: Anélidos y moluscos. Estructuras tubulares abiertas por dos extremos (nefrostoma y nefridioporo).
• Tubos de Malpighi: Insectos. Tubos cerrados en un extremo y abiertos por el otro al intestino. En el intestino posterior existen glándulas rectales.
• Glándula verde: Crustáceos. Formados por un saco que filtra las sustancias de desecho.

Excreción en Vertebrados

Los órganos de excreción son los riñones que contienen nefronas.

Aparato Excretor

Formado por riñones que filtran la sangre que llega por la arteria renal. El filtrado de la orina sale al exterior por los uréteres y se almacena en la vejiga urinaria; la sangre limpia sale por la vena renal.

En el riñón se distinguen las siguientes regiones:

• Cápsula renal: Capa de tejido conjuntivo que rodea al riñón.
• Corteza: Se encuentra la región filtrante de la nefrona.
• Médula: Dividida en pirámides renales.

Estructura de la Nefrona

Se da el filtrado de la sangre y la formación de orina. Formada por:

• Corpúsculo de Malpighi: En la corteza renal. Formado por la cápsula de Bowman, rodeada por el glomérulo.
• Túbulo contorneado proximal: Está en la corteza renal y sale de la cápsula de Bowman.
• Asa de Henle: Continuación del túbulo proximal y penetra en la médula renal.
• Túbulo contorneado distal: Está en la corteza renal y es la continuación del asa de Henle. Se prolonga hasta alcanzar la pelvis renal.

Formación de la Orina

1. Filtración glomerular: Paso de la sangre por la diferencia de presión.
2. Reabsorción tubular: La mayor parte del agua filtrada es reabsorbida por los túbulos de la nefrona y pasa nuevamente a la sangre por los capilares.
3. Secreción tubular: Paso de ciertos iones desde la sangre al interior de la nefrona, túbulo distal.

La orina producida se recoge en los túbulos colectores que confluyen en la pelvis renal para salir por el uréter. La orina sirve también como mecanismo de osmorregulación (se regula la presión osmótica del medio).

Otros Mecanismos de Excreción

• Glándulas de la sal: Se elimina el exceso de sal.
• Glándulas calcíferas: Propia de anélidos, expulsan el exceso de calcio.
• Glándula coxal: Glándula situada en el cefalotórax, que filtra sustancias del hemocele.
• Vesícula biliar: Eliminan bilirrubina los vertebrados.
• Glándulas sudoríparas: Situadas en la capa profunda de la piel y contribuyen a la eliminación de toxinas.