I.E.S. Ricardo BernardoDpto. Biología y Geología

http://biologiageologiaiesricardobernardobelenruiz.wordpress.co

m/1o-bachiller/biologia-1º-bachillerato//Belén Ruiz

CARACTERÍSTICAS DE UN SISTEMAUn sistema es un conjunto de elementos relacionados entre sí de manera que sus

interacciones le dotan de una entidad propia.

UN SISTEMA SE CARACTERIZA PORQUE:

• Está integrado por un conjunto de elementos que...

…establecen relaciones mutuas (interacciones), las cuales modifican de alguna manera a los elementos que intervienen.

Poseen una entidad propia que le confiere unas características nuevas, o propiedades emergentes.

CRITERIOS PARA IDENTIFICAR UN SISTEMA

• Que puedan diferenciarse en él sus elementos.

• Que posea características propias que no se limiten a la suma de las de sus integrantes.

• Que ocurra un cambio apreciable en su comportamiento si se elimina uno de sus componentes o se reemplaza por otro diferente.

Tipos de sistemas

ABIERTOS

Un sistema puede intercambiar con su entorno energía, materia, o información, en función de lo cual se diferencian dos tipos básicos.

Intercambian materia y energía con su entorno.

CERRADOS

Intercambian solo energía con su entorno.

SISTEMA AISLADO

No intercambia con su entorno ni materia, ni energía, ni información.

?

En ocasiones se distingue un tercer tipo de sistema que se trata de un modelo teórico ya que ningún sistema real lo es.

LOS SERES VIVOS COMO SISTEMASUn ser vivo se considera un sistema que intercambia materia y energía con el medio que

le rodea.

La energía que recibe nuestro planeta procede del

Sol (Energía luminosa).

Materia inorgánica

Materia orgánica(Energía química)

Calor

Materia inorgánica

Parte de esa energía es

utilizada por los organismos

fotosintéticos para fabricar

materia orgánica a partir de materia

inorgánica.

La energía química que los seres vivos

extraen de la materia orgánica la

emplean para llevar a cabo sus

actividades. Finalmente parte de esa energía se remite al espacio exterior en forma

de calor.

Los seres vivos son sistemas

abiertos porque intercambian

materia y energía con el medio que

les rodea.

Luz (energía luminosa)

1. LA NUTRICIÓN COMO INTERCAMBIO DE MATERIA Y ENERGÍA

Se denomina nutrición al conjunto de procesos mediante los cuales un organismo intercambia materia y energía con el medio que le rodea.

Los organismos se pueden clasificar según su tipo de nutrición.

HETERÓTROFOS

Incorporan materia inorgánica del medio con la que fabrican su

materia orgánica.

Utilizan como fuente de materia compuestos

orgánicos elaborados por otros organismos.

ORGANISMOS

FOTOSINTÉTICOS

QUIMIOSINTÉTICOS

AUTÓTROFOS

Obtienen la energía de la luz.

Obtienen la energía de oxidación de compuestos inorgánicos.

PROCESOS IMPLICADOS EN LA NUTRICIÓN

• Ingestión de alimento

• Digestión del alimento

• Intercambio de gases

• Transporte de los nutrientes

• Metabolismo

• Excreción

2. LA INCORPORACIÓN DE NUTRIENTES EN CORMOFITAS

Los vegetales de organización cormofítica tienen estructuras especializadas para la absorción y el transporte de los nutrientes: raíces, hojas y tallos.

Gases atmosféricos

Luz HOJA

RAÍZ

TALLO

Pelos radicales

H2O

Sales minerales

Floema Xilema

Procesos implicados en la nutrición

1. Incorporación de la materia. Inorgánica en el caso de los organismos fotosintéticos y orgánica (nutrientes) en el caso de los animales

2. Digestión y absorción del alimento. Degradación de las moléculas grandes en otras más pequeñas que pueden ser manejadas más cómodamente y paso desde el tubo digestivo a la sangre de dichas sustancias.

3. Intercambio de gases. Intercambio de oxígeno y CO2, necesarios para el metabolismo celular, mediante las estructuras respiratorias.

4. Transporte. Proceso de distribución de los nutrientes por todo el organismo, para que todas las células tengan acceso a ellos.

5. Metabolismo. Procesos de transformación química de los nutrientes para producir energía (catabolismo) o para sintetizar moléculas nuevas (anabolismo).

6. Excreción. Las sustancias de desecho producidas durante el metabolismo son eliminadas al exterior mediante los órganos excretores.

2. LA INCORPORACIÓN DE NUTRIENTES EN LOS VEGETALES

Las plantas se clasifican en: Talofitas: absorben los nutrientes directamente del medio. Cormofitas. presentan estructuras especializadas para realizar la nutrición : raíces, hojas y tallos.

Incorporación del agua y de las sales minerales

Se incorporan a través de los pelos radicales.

El agua penetra en la raíz por ósmosis, difunde hasta los vasos leñosos o xilema por el que asciende hasta las estructuras altas de la planta.

Las sales minerales penetran por un sistema de transporte activo (precisan proteínas transportadoras y energía) hasta el xilema, ya desde aquí circulan hacia la parte alta de la planta.

INTERCAMBIAN AGUA POR DIFUSIÓN

POR ÓSMOSIS: PRESIÓN RADICAL

3. ESTRUCTURA DE LA RAÍZ Y ENTRADA DE LOS NUTRIENTES

La estructura interna de la raíz está formada por tres capas concéntricas.

Parénquima cortical

Cilindro vascular

Epidermis

Endodermis

Floema

Xilema

Absorbe el agua y las sales minerales y protege los tejidos internos.

Los espacios intercelulares permiten la circulación de gases.

Condiciona el paso de agua y sales a través de la membrana de sus células

Formado por los tejidos conductores.

Tras su entrada en la raíz, el agua y las sales minerales pueden seguir dos vías

diferentes:Vía A o simplástica

Vía B o apoplástica

Traspasando la membrana plasmática mediante transporte activo (sales) u ósmosis

(agua) y atravesando el citoplasma de las células.

A través de las paredes celulares y de los espacios intercelulares.

Vía A o simplástica

Vía B o apoplástica

Banda de Caspari

Paso de agua y sales minerales

Raíz

Absorción de nutrientes

(APOPLASTO) (SIMPLASTO)

El papel de la raíz en la nutrición vegetal

Vía simplástica: el agua y las sales minerales circulan por la raiz a través de las células, atravesando las membranas celulares.

Vía apoplástica: el agua y las sales circulan por los espacios intercelulares hasta llegar al xilema.

4. EL TRANSPORTE DE LA SAVIA BRUTA

La savia bruta debe ascender por el tallo/tronco de la planta hasta llegar a las hojas. Este ascenso se realiza por el xilema (vasos leñosos, formados por células muertas, de 20 -70 μm de diámetro).

El mecanismo de ascensión contra gravedad se produce debido a un fenómeno de tensión-adhesión-cohesión, que va a depender de la estructura de los vasos del xilema y de las propiedades del agua.

Estos procesos son: Presión radicular. La concentración de sales es superior en la raíz que en el

exterior, por lo que el agua tenderá a entrar en la raíz por ósmosis, para diluir dichas sales. Esta cantidad de agua acumulada en la raíz ejercerá una presión suficiente para que el agua ascienda por el tallo.

Transpiración. Cuando las hojas pierden agua, el vacío que dejan ejerce una fuerza aspirante (tensión) de las moléculas de agua que ascienden por el tallo, y como la cohesión de las moléculas de agua es alta, la ascensión de liquido por el tallo es eficaz.

Tensión-cohesión. Las moléculas de agua están unidas entre sí por puentes de hidrógeno, lo que permite una cohesión elevada (las moléculas de agua tienden a permanecer unidas). Al ascender no se disgregan y la fuerza que tira de las primeras moléculas arrastra a las siguientes. Además las moléculas de agua se adhieren a la pared de los tubos capilares ascendiendo por ellos, por lo que también participa la capilaridad.

Movimiento del agua en la planta

Mecanismo de tensión-adhesión-cohesión

Son un conjunto de fenómenos que provocan el ascenso de la savia bruta en contra de la gravedad.

PRESIÓN RADICULAR

Entrada de agua

Es debida a la entrada de agua del suelo a la raíz por ósmosis, ya que la concentración de solutos es mayor en las células que en el agua.

TRANSPIRACIÓN

H2O

La pérdida de agua por evaporación produce una fuerza capaz de absorber el agua en la raíz y conducirla por el xilema hasta las hojas.

TENSIÓN - COHESIÓN

Los enlaces de hidrógeno entre las moléculas de agua

permiten una cohesión muy

elevada.

En la ascensión del agua también interviene la capilaridad

Ascenso de la savia bruta

Paso del agua por vía simplástica

Bandas de Caspary de las células de la

endodermis

Las bandas de Caspary detienen el flujo de agua

por vía apoplástica

Plasmodesmos

Tráqueas del xilema

Paso del agua por vía apoplástica

Las bandas de Caspary detienen el flujo de agua

por vía apoplástica

Pelo radical

La savia bruta (agua + sales minerales) asciende en contra de la gravedad, a veces hasta alturas de 100 m.

Columna de savia no interrumpida Procesos que empujan:

Capilaridad (debida a la cohesividad o adhesión entre moléculas de agua y de éstas con las paredes del vaso conductor de la savia).

Presión radicular: debida a procesos osmóticos. Entrada de agua e iones por vías simplástica o apoplástica. Selección en banda de Caspary y transporte activo desde células de la endodermis. Menor influencia en el ascenso de la savia que la capilaridad.

Procesos que tiran Evapotranspiración en estomas de hojas, que

causa hipertonía progresiva en células del mesófilo (parénquima lagunar) el agua difunde para equilibrar concentraciones.

5. EL INTERCAMBIO DE GASES

Las plantas necesitan CO2 para realizar la fotosíntesis y O2 para la respiración celular.Estos gases penetran por 3 vías:

– Los estomas. Es la vía más importante de entrada de gases. Una vez han entrado se distribuyen por toda la planta a través del floema.

– Los pelos radicales. Son la vía de entrada de los gases disueltos en el agua y la tierra del suelo.

– Las lenticelas. Son aberturas que se encuentran en las paredes de los tallos leñosos y suponen una vía más de entrada de gases en la planta.

Los estomas solo se encuentran en las hojas y están formados por unas células oclusivas. Cuando a estas células llega agua, las células adyacentes se vuelven turgentes y las células oclusivas se comban permitiendo la aparición de un orificio (ostiolo) por el cual penetrará el agua. Cuando no hay agua las células pierden agua, se vuelven flácidas y el estoma se cierra.

Los cambios de turgencia está relacionados con varios factores: Concentración de iones K+. El ↑ de K+ abre los estomas. Luz. Los estomas se abren por el día y se cierran por la noche. Este comportamiento está relacionado con el K+

y con la concentración de CO2.

Temperatura. Solo actúa con altas temperaturas. En estos casos los estomas se cierran para evitar pérdidas de agua.

Mecanismo de apertura y cierre de los estomas

Mecanismo de apertura y cierre de los estomas

Es debido a los cambios de turgencia de las células oclusivas que lo forman. Estos cambios están condicionados por una combinación de diversos factores.

Concentración del ión potasio (K+)

Concentración de CO2 y luz

Temperatura

La luz activa la entrada de K+ en las células. Estas captan agua por ósmosis y se hinchan, abriéndose los estomas.

Solo afecta a temperaturas elevadas. Cuando sobrepasa los 35 0C, los estomas se cierran.

Hay luz

La planta realiza la fotosíntesis

Se consume el CO2

Su concentración disminuye

Se abren los estomasEstoma cerrado

TIPOS DE PLANTAS

• PLANTAS CPLANTAS C33::– Trigo, cebada, soja, arroz, Trigo, cebada, soja, arroz,

algodón, judías…algodón, judías…– Sequía => los estomas => se Sequía => los estomas => se

cierran => fotosíntesis => cierran => fotosíntesis => ↑ [

O2] y↓↓ [ CO2] en elen el interior => (+) fotorrespiración =>

↓↓eficiencia fotosintéticaeficiencia fotosintética

• PLANTAS CPLANTAS C44::– Maíz, caña de azúcar, sorgo, Maíz, caña de azúcar, sorgo,

mijo…mijo…– Captan el [ CO2] por un

mecanismo especial que (-) fotorrespiración => ↑eficiencia fotosintética.eficiencia fotosintética.

Plantas CPlantas C4 4 de zonas desérticasde zonas desérticas

– “MECANISMO CAM (=METABOLISMO ÁCIDO DE LAS CRASÚLACEAS)”

– FIJAN EL CO2 DURANTE LA NOCHE.

– CIERRAN ESTOMAS POR EL DÍA

En la mayoría de las especies, los estomas se cierran, generalmente, por la tarde cuando la fotosíntesis ya no es posible, y vuelven a abrirse por la mañana, es decir, los

estomas están abiertos durante el día y cerrados por la noche.

6. LA CAPTACIÓN DE LA LUZ

La energía procedente de la luz es necesaria para la fotosíntesis. Esta captación se realiza a través de las hojas, en las que se encuentran los

orgánulos específicos: los cloroplastos.

ESTRUCTURA DE LAS HOJAS:

Estructura de las hojas

El interior de la hoja está formado por dos tipos de tejidos: el parénquima y los tejidos conductores.

HAZ

ENVÉS

Parénquima lagunar

Parénquima en empalizada

Epidermis

EstomaFloema

Xilema

Lagunar

En empalizada

Floema

Xilema

La importancia de la fotosíntesis

Los captadores de la energía luminosa son los pigmentos clorofila, carotenoides y xantofila. Sobre todo el primero. Esta energía es utilizada mediante un proceso complejo para sintetizar materia orgánica a partir de moléculas inorgánicas.

La fotosíntesis es uno de los procesos anabólicos más importantes que ocurren en la biosfera, ya que durante la misma: Se transforma la materia inorgánica en orgánica. Se transforma la energía luminosa en energía química. El oxígeno se libera como un producto residual.

http://www.youtube.com/watch?v=hN_xBspEjAw

7. FACTORES AMBIENTALES Y FOTOSÍNTESIS

La intensidad y eficacia de la fotosíntesis depende de determinados factores ambientales:

Concentración de CO2. A mayor concentración de CO2 mayor fotosíntesis.

Concentración de O2. A mayor concentración de O2 menor fotosíntesis.

Intensidad luminosa. A mayor intensidad luminosa mayor fotosíntesis.

Tiempo de iluminación o fotoperíodo. A mayor tiempo de iluminación mayor fotosíntesis.

La humedad. A mayor humedad más fotosíntesis. La temperatura. A mayor temperatura más fotosíntesis.

Análisis de los factores que influyen en la fotosíntesis

Intensidad de luz (x 104 erg /cm2 /seg)

Asi

mila

ció

n d

e C

O2

(mo

l / l)

10 20 30 40 50

20

40

60

80

100

INFLUENCIA DE LA CONCENTRACIÓN DE CO2

5 1510Concentración de CO2 (mol/l)

20 25 30

50

100

150

200

mm

3 d

e O

2 /

ho

ra0,5% O2

20% O2

INFLUENCIA DE LA CONCENTRACIÓN DE O2

La actividad fotosintética aumenta hasta un límite a partir del cual la concentración de CO2 no influye.

Cuanto mayor es la concentración de oxígeno ambiental la cantidad de CO2 fijado es menor.

Relación entre fotosíntesis y respiración celular:

Los vegetales son organismos autótrofos, por lo tanto utilizan la energía luminosa para la formación de materia orgánica a partir de inorgánica (fotosíntesis). Para el resto de las actividades del vegetal (crecimiento, floración, fructificación, etc.) necesitan energía química procedente de la respiración celular (igual que los animales).

La respiración celular es independiente a la presencia o no de luz. En ella se consume oxígeno, durante las 24 horas del día, al contrario de lo que sucede en la fotosíntesis, en la que el oxígeno se desprende en la fase luminosa, es decir, durante el día. En la fotosíntesis se fija dióxido de carbono y se desprende oxígeno. En la respiración se consume oxígeno y se desprende dióxido de

carbono, liberándose energía.

8. EL TRANSPORTE DE LOS PRODUCTOS DE LA FOTOSÍNTESIS

Durante la fotosíntesis la savia bruta se transforma en savia elaborada, que es una solución compuesta por azúcares (sacarosa), aminoácidos y otras sustancias nitrogenadas. La savia elaborada es transportada a toda la planta a través del floema mediante un proceso denominado traslocación.

La savia elaborada fluye desde las zonas donde se produce o fuentes (hojas), hasta los lugares de consumo o almacenamiento o sumideros (cualquier parte de la planta: raíces, frutos, semillas, meristemos, etc.). En algunos casos los sumideros pueden actuar como fuentes para redistribuir los nutrientes.

Hipótesis del flujo por presión. En la fuente existe una presión hidrostática más elevada que en el sumidero y este gradiente de presión es el que facilita el flujo de la savia elaborada.

Hipótesis de flujo por presión

Explica el desplazamiento de la savia elaborada debido a un gradiente de presión entre el punto en el que penetra en el floema (fuente) y el punto en el que es extraída del mismo (sumidero).

Plasmodesmos

Azúcares

Ósmosis

Agua

Vasos cribosos(floema)

ÓsmosisTransporte

activo

Célula acompañante

SUMIDERO

FUENTE

Vasos leñosos(xilema)

CÉLULAS ACOMPAÑANTES

VASOS CRIBOSOS

SUMIDEROS

Transporte activo

Plasmodesmos

Presión hidrostática

Transporte activo

CÉLULAS ACOMPAÑANTES

FUENTE

Células cribosas del floema se vuelven

hipotónicas y agua sale de floema a células

vecinas (las del xilema, por ejemplo)

Soluto de floema es consumido en raíces

Soluto del floema desciende gracias a la

presión hidrostática

Aumento concentración de soluto en floema convierte a xilema vecino en hipotónico: agua xilema pasa a floema,

produciéndose un incremento presión hidrostática en floema

Sacarosa pasa de la fuente a la célula acompañante del floema por transporte activo

Sacarosa de la célula acompañante pasa a la célula cribosa (floema)

por difusión

Parénquima clorofílico = fuentes de soluto

Savia elaborada = sacarosa +

aminoácidos

Transporte por el floema = traslocación

Zonas no fotosintéticas (yemas, raíces, flores o

frutos) = sumideros

Transporte por el xilema

Presión radicular

Fuerza aspirante de las hojas

Cohesión molecular del agua

Transporte por el floema

Difusión pasiva

Transporte activo

Flujo por presión

9. OTRAS FORMAS DE NUTRICIÓN EN VEGETALES

Aunque las plantas son organismos autótrofos, no todas completan sus necesidades nutricionales con la fotosíntesis. Algunas presentan adaptaciones que les permiten completar esta función:

Plantas simbióticas: viven asociadas a otros organismos (bacterias u hongos) obteniendo un beneficio mutuo. En este tipo de plantas se pueden encontrar dos tipos de relación: rizobios (planta + bacteria fijadora de nitrógeno) como las leguminosas, y micorrizas (planta + hongo), la planta proporciona materia orgánica al hongo y el hongo le proporciona agua y sales minerales a la planta.

Plantas parásitas: plantas que viven a expensas de otras plantas, de la que obtienen los nutrientes necesarios para su supervivencia. Las hay de dos tipos: fotosintéticas como el muérdago y no fotosintéticas como la cuscuta.

Plantas carnívoras: obtienen sales minerales y nitrógeno de los insectos y otros animales pequeños que digieren.

muérdago y cuscuta

Raffesia arnoldi

10. EL DESTINO DE LA MATERIA ORGÁNICA

todas las reacciones químicas en las que...

Las células utilizan los compuestos orgánicos para obtener materia y energía a través de transformaciones químicas que en conjunto forman el METABOLISMO.

todas las reacciones químicas en las que...

SUSTANCIAS SENCILLAS

SUSTANCIAS COMPLEJAS

COMPUESTOS ORGÁNICOS

COMPUESTOS MÁS

SENCILLOS

ENERGÍA

FUNCIONES VITALES

ALMIDÓN

CELULOSA PROTEÍNAS

LÍPIDOSENZIMAS

se utiliza para realizar

como

son son

ANABOLISMO CATABOLISMO

METABOLISMO

Bibliografía y páginas web

BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA. PEDRINACI, Emilio. GIL, Concha. GÓMEZ DE

SALAZAR, José María.. Editorial SM.

CONCEPTOS ANIMADOS EN HIPERTEXTOS DEL ÁREA DE BIOLOGÍA

www.departamentobiologiaygeologiaiesmuriedas.wordpress.com

http://www.juntadeandalucia.es/averroes/~29701428/ccnn/

http://www.lourdesluengo.es/animaciones/animaciones.htm

http://recursostic.educacion.es/ciencias/biosfera/web/alumno/1bachillerato/

animal/invesclona.htm

http://www.youtube.com/watch?v=rjKRQYmi1Lk

http://www.youtube.com/watch?v=Sy_hwmrdbiw&feature=related

http://www.youtube.com/watch?v=Wx5oNXLTM7c

http://www.youtube.com/watch?v=tvNXgFlHUfs

http://www.youtube.com/watch?v=z10iiTkV3XU&feature=related