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¿LOS SERES VIVOS SOMOS SISTEMAS? Guía para tercero medio. Prof. GAToledo, SFC, 2017

Los sistemas se definen por su composición y su funcionamiento. Para estudiarlos se los delimita.

Por ejemplo: el sistema digestivo: está formado por partes: esófago, estómago, intestinos, etc. Cada una de esas partes se vinculan para cumplir funciones comunes (la digestión). Este sistema se vincula con otros sistemas como el circulatorio, el respiratorio, el excretor, el nervioso y el endocrino.

Una célula es un sistema vivo (de hecho es el sistema biológico más pequeño), está formado por partes: una membrana y pequeños organelos interiores inmersos en su citoplasma; funciona, en tanto que sus partes se conectan para cumplir trabajos celulares como sintetizar sustancias, formar nuevas estructuras, etc. En el organismo humano, las células se relacionan con otras células (es decir, con otros sistemas).

Otro ejemplo de sistema, en este caso uno no vivo, es un termo conteniendo agua caliente.

Todo sistema sufre movimientos, cambios, modificaciones que pueden o no resultar de influencias externas.

Por ejemplo: un sistema parlamentario de gobierno sufre cambios en los componentes de los distintos bloques cuando hay elecciones en el país y/o provincia a la que representan. El pueblo evalúa la acción de sus representantes, cambia candidatos y así, la composición de partes se modifica. Lo que no cambia es el hecho de que el sistema tienda a la estabilidad, a mantenerse más o menos constante.

Los sistemas pueden ser clasificados según el grado de intercambio de materia y

energía con el entorno, en: abiertos, cerrados y aislados.

Considera el siguiente sistema: “Una olla “Una olla conteniendo dos liconteniendo dos li tros de agua, sobre una hornallatros de agua, sobre una hornalla eencnceenndidadida””. La energía que se le transfiere al agua de la olla hace que ésta eleve su temperatura y empiece a cambiar de estado, es decir, se evapora. El vapor de agua abandona la olla y se dispersa por el ambiente. Si queremos que el sistema siga funcionando (se mantenga equilibrado) debemos seguir brindándole calor e ir restituyendo el agua que se va evaporando.

Cuando un sistema intercambia materia y energía con el entorno, se dice que el sistema es abierto.

Considera el siguiente sistema: ““UUnn ttermermoo cocontnteennieiennddoo uunn lilittrroo

ddee aagguaua ccaliealientntee””. No hay “fuga” de agua del sistema. ¿Y qué pasa con la energía? Bueno, como habrás comprobado en la foto, ningún termo, aún los de mejor calidad, puede mantener constante la temperatura del contenido por mucho tiempo (uno marca 40ºC y el otro 83ºC y ambos termos fueron llenados con agua en ebullición). Podemos concluir que la energía se puede “mover” entre el sistema y su el ambiente circundante.

Cuando un sistema intercambia energía pero no intercambia materia con el entorno, se dice que el sistema es cerrado.

Los sistemas aislados son los que no intercambian materia ni energía con

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el entorno. En realidad, ningún sistema conocido reúne estas características, dado que siempre, aunque sea en cantidades ínfimas de materia y/o energía, los sistemas serelacionan con su entorno. Podemos concluir que el único sistema que reúne las condiciones de aislado es el Universo mismo, dado que no hay otro sistema con el que pueda intercambiar materia o energía.

Sintemoraequivocarnospodemoshacerlassiguientesafirmaciones:

▪ Todos los sistemas vivos (célula, individuo, población, comunidad, ecosistema) son ________________.

▪ Todos los sistemas vivos tienden a mantenerse en _____________.

Actividad 1 A. Determina, para cada uno de los siguientes sistemas, si son abiertos o cerrados. Escribe el tipo de sistema que determinaste, al lado del Nº de cada sistema.

B. Fundamenta los casos 1, 2, 3 y 4.

Sistema 2

Sistema 3

Sistema 4

Sistema 1

Sistema 8

Sistema 6 Sistema 7

Sistema 5

• Sistema 1: .........................

Fundamenta:

• Sistema 2: .........................

Fundamenta:

• Sistema 3: .........................

Fundamenta:

• Sistema 4: .........................

Fundamenta:

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Nos queda por analizar una última condición que ya citamos sobre los sistemas: “Lo que no cambia es el hecho de que el sistema tienda a la estabilidad, a

mantenerse más o menos constante”.

Lo mejor para entenderlo es a través de un ejemplo: “...Si tomamos más agua, vamos a orinar más, y si tomamos menos, vamos a orinar menos. La cantidad de agua corporal “tiende” a mantenerse relativamente constante, en HOMEOSTASIS, dentro de un cierto rango y, para lograrlo, debe usar cierta cantidad de energía.

Los sistemas biológicos también tienden a mantenerse constantes, para ello

incorporan energía que invertirán en su funcionamiento. HOMEOSTASIS: La propiedad de un sistema, que regula su ambiente interno

tendiendo a mantener una condición relativamente estable y constante. ¿Qué mecanismo usan los sistemas biológicos para mantener la homeostasis?:

el Feedback negativo, mecanismo que ya fue estudiado por ustedes en segundo medio en la unidad sobre hormonas.

FEEDBACK NEGATIVO: Los sistemas de retroalimentación negativa incluyen

una secuencia de eventos que causarán un efecto que está en la dirección opuesta al estímulo original y por lo tanto trae el sistema de nuevo a su posición de equilibrio.

Actividad 2 A. Determina, para cada uno de los siguientes sistemas, si son abiertos, aislados

o cerrados. Escribe dentro del círculo el tipo de sistema que representa cada imagen.

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B. Define: Usando tus propias palabras y basándote en las 3 imágenes de la página anterior, da una definición de: Sistema abierto: Sistema cerrado: Sistema aislado:

C. Determina ¿qué tipo de mecanismo es usado en la naturaleza para controlar la relación simbiótica tipo presa-predador ilustrada en la imagen siguiente? Da la respuesta a esta pregunta completando el texto que está escrito bajo la imagen.

La interacción de estas dos especies es activa y cíclica. Cuando el número de individuos de la población de linces sube, el número de individuos de la población de liebres rápidamente _______________, tal como se ilustra en el gráfico. Pero al poco tiempo la cantidad de linces vuelve a disminuir. Esto es un típico caso de un control homeostático que se da en la naturaleza del autocontrol del número de individuos que componen las poblaciones interactuantes. Por lo tanto, las relaciones entre la presa y el predador usualmente son controladas por un mecanismo de:_______________________________, donde un aumento en el número de presas causa______________________ ___________________________ y si disminuye el número de presas _____ ___________________________________________________________________.

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Una vez que los nutrientes han sido absorbidos, se transporta en la sangre para entrar a las células de todo el cuerpo (flechas sólidas). Los desechos (flecha discontinua) se mueven desde las células hacia la sangre, son transportados por ésta y eliminados.

¿Qué tipo de sistemas somos los seres vivos?

Los sistemas de órganos del cuerpo trabajan juntos para mantener la homeostasis Los sistemas de órganos trabajan juntos con el objeto de mantener el ambiente necesario para el funcionamiento de las células del cuerpo. Un ambiente interno dentro de un cierto rango permite que un organismo mantenga una cierta independencia de su ambiente externo, permitiéndole vivir en el interior de dicho ambiente aunque este cambie. El siguiente ejemplo simplificado ilustra cómo interactúan los sistemas de órganos para intercambiar materiales entre sí, manteniendo un ambiente interno casi constante.

Actividad 3 1. a. Deduce: Basado en la imagen que ilustra los sistemas metabólicos de Sus scrofa domesticus (cerdo) deduce qué tipo de sistema es un ser vivo. __________________________ 1. b. ¿Intercambia materia con el entorno? ¿Cómo? __________________________________ _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Los alimentos aportan la energía y los nutrientes necesarios para entregar energía a todos los sistemas del cuerpo.

La orina es producida por los riñones (sistema urinario). Contiene los productos residuales del metabolismo, en particular los desechos nitrogenados y los iones que están en exceso.

Una vez que el alimento ha sido digerido en el sistema digestivo, pasa a la sangre mediante la absorción intestinal.

El sistema digestivo es responsable de la digestión (descomposición) y de la absorción de los alimentos. En última instancia, proporciona todos los nutrientes requeridos por todos los sistemas del cuerpo.

La Materia digestiva no absorbida expulsada desde el sistema digestivo como heces.

El sistema urinario tiene varias funciones incluyendo la eliminación de productos nitrogenados y otros productos de desecho del cuerpo, regula el equilibrio iónico y controla el volumen y la presión de la sangre.

El sistema circulatorio distribuye gases, nutrientes y otras sustancias (por ejemplo, hormonas) alrededor del cuerpo en la sangre.

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1. c. ¿Intercambia energía con el ambiente? ¿Cómo? ____________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2. ¿Por qué es importante que los sistemas del cuerpo mantengan las constantes fisiológicas (Tº, pH sanguíneo, glicemia, volemia) dentro de un cierto rango? _______________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. ¿Por qué es importante que el encéfalo asigne prioridad a los estímulos entrantes? _____________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________________________________________________

4. Usando un ejemplo, explica brevemente por qué la homeostasis suele implicar más de un sistema corporal:______________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________________________________

5. ¿Cuáles subsistemas, entre otros no mostrados en la imagen de la página anterior, están operando en el cuerpo de Sus scrofa domesticus para mantener la homeostasis?

________________________________________________________________________________________________________________________________

6. ¿Cuáles dos subsistemas coordinan e integran las respuestas adaptativas del organismo frente a cambios que modifican su homeostasis? ________________________________________________________________________________________________________________________________

7. a. ¿Es un sistema una planta? b. ¿Y un cloroplasto? c. ¿Qué está intercambiando la planta y el cloroplasto con su entorno?.

a) ________________________________

b) ________________________________ c) ________________________________

________________________________

________________________________

________________________________

________________________________

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La célula como sistema y sus subsistemas organelos. Actividad 4

1. a. De acuerdo con el modelo ilustrado a continuación ¿qué tipo de sistema es una célula eucariota? ¿Y una procariota?______________

b. Fundamenta: ____________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Las membranas Celulares como subsistemas

Las membranas celulares protegen y organizan a las células. A diferencia de los procariotas, las células eucariotas también poseen membranas internas que encierran a sus organelos y controlan el intercambio de componentes celulares esenciales. Ambos tipos de membranas tienen una estructura especializada que facilita la función de “control del acceso (nutrientes) y salida de materiales (desechos)”.

Las membranas celulares sirven como barreras y guardias o

porteros. Son semipermeables, lo que significa que algunas moléculas pueden difundir a través de la bicapa lipídica, pero otras no. Pequeñas moléculas hidrófobas y gases como el oxígeno y el dióxido de carbono cruzan las membranas rápidamente. Las pequeñas moléculas polares, como el agua y el etanol, también pueden pasar a través de las membranas, pero lo hacen más lentamente. Por otra parte, las membranas celulares restringen la difusión de moléculas iónicas, porque poseen carga, y de moléculas grandes, tales como azúcares y aminoácidos. El paso de estas moléculas ocurre a través de proteínas de transporte específicas incrustadas en la membrana (dibujadas de color rosado, púrpura y celeste en el dibujo “la célula, con énfasis en la MEMBRANA”, página siguiente). El funcionamiento correcto de las proteínas de membrana es fundamental para el trabajo celular bajo condiciones de homeostasis.

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Figura: Transporte Selectivo. Proteínas especializadas en la membrana celular regulan la concentración de moléculas especificas en el interior de la célula para mantener la homeostasis.

Si una persona posee un tipo de esas nanométricas proteínas

embebidas en las membranas celulares con diferencias estructurales respecto a las proteínas normales, que le impidan su funcionamiento normal, podría causar a esa persona una pérdida de su homeostasis, lo que conduciría a una enfermedad. Un ejemplo bastante conocido y estudiado por la comunidad científica es el relacionado con el Canal de cloro de las personas que sufren de fibrosis cística, quienes tienen mutado el gen CFTR presente en el brazo largo del cromosoma autosómico Nº 7. El gen CFTR codifica para una proteína canal presente en la membrana plasmática de las células.

Revise y estudie las dos figuras de la página siguiente para

responder las preguntas que se le plantearán más adelante.

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Figura: Canal de cloro en células pulmonares de un humano sin fibrosis cística (izquierda) y de un humano con fibrosis cística (derecha). Note la forma diferente de ambas proteínas, debido a la mutación del gen CFTR. La mutación más frecuente que se presenta en estos pacientes, es la deleción de tres nucleótidos, que tiene como resultado la pérdida de una fenilalanina (amino ácido) en la posición 508 de la glicoproteína codificada por el gen CFTR.

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Actividad 5 1. La Fibrosis cística es una enfermedad hereditaria, autosómica recesiva. ¿Cómo se

transmite la FC de dos padres sanos a sus hijos? ______________________________________________________________________________________________________________________________________________

2. ¿Qué tipo de canales iónicos tienen afectados las personas enfermas de fibrosis

cística? ______________________________ 3. Si la membrana plasmática está severamente dañada, las sustancias difunden

libremente hacia adentro y hacia afuera de la célula. ¿Qué tipo de desequilibrio homeostático, a nivel de gradientes de concentración, como el del Sodio y el Potasio, le puede ocurrir a una persona cuando la membrana plasmática en las células de amplias áreas de tejido queda severamente dañada debido a graves quemaduras.

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4. Pueden administrarse soluciones intravenosas de distintas tonicidades (isotónicas,

hipotónicas o hipertónicas) a pacientes que sufren diferentes dolencias a) Las Soluciones isotónicas se administran más comúnmente cuando la volemia

necesita ser rápidamente aumentada. Dé un ejemplo en donde se requiera que a una persona se le deba administrar una solución isotónica para regular su homeostasis hidrosalina. ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

b) ¿Qué tipo de solución podría ser administrada por un profesional de la salud a

pacientes con cuadros edematosos generalizados para que el agua vuelva a la sangre desde el medio intersticial y eliminar el exceso de agua mediante diuresis? _________________________________________________________________

c) ¿Qué problema grave a nivel de los eritrocitos y leucocitos podrían tener un

paciente si se le administrara vía endovenosa una solución hipotónica? __________________________________________________________________________________________________________________________________

5. El GLICOCÁLIX son carbohidratos que sobresalen de la superficie celular. Algunos

de estos azúcares están unidos a lípidos (glicolípidos) y otros a proteínas (glicoproteínas). Cada tipo de célula tiene diferentes patrones de este "revestimiento de azúcar". Funciona como marcadores biológicos específicos para el reconocimiento célula-célula. Permite que el sistema inmunológico reconozca lo "propio" de lo "extraño" En una célula que se está volviendo cancerosa ocurren cambios definidos en su glicocálix En realidad, el glicocálix de una célula cancerosa puede cambiar casi continuamente, lo que le permite mantenerse por delante de los mecanismos de reconocimiento del sistema inmunológico. ¿Qué tipo de desequilibrio homeostático, relacionado con la probabilidad de destrucción de las células cancerosas por células del sistema inmune, podría presentar una persona con cáncer si el glicocálix de sus células cancerosas cambia con demasiada rapidez? _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

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Fig. Modelos que representan los principales tipos de transporte que la célula realiza a través de la membrana plasmática para mantener la HOMEOSTASIS

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Actividad 6 Basándote en el modelo de la página anterior y en el gráfico del inicio de esta página responde las siguientes preguntas 1. Explica cómo la célula puede mantener la diferencia en la concentración

de iones entre los fluidos intracelular y extracelular (intersticial), los cuales están separados mediante la membrana plasmática. _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2. Una célula excitable como una neurona necesita, para poder transportar un mensaje nervioso, que en su estado de reposo mantenga una diferencia de concentración de los iones de sodio (Na+) y potasio (K+) entre los medios intracelular y extracelular. ¿Cuál proteína de membrana operará en el axón de una neurona para mantener ese desequilibrio iónico? __________________________________________________________

3. A pesar de que los valores normales para ciertas variables fisiológicas dependen de factores tales como la edad, el sexo, entre otros, todos

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ellos oscilan dentro de ciertos rangos, por lo que no presentan un valor fijo. Por ejemplo, los valores normales de glicemia para un adulto sano oscilan entre 70 y 100 mg/dL, aproximadamente. ¿Cuál tipo de transporte celular tiene importancia en los enterocitos del intestino delgado para mantener la glicemia en homeostasis? __________________________________________________________

4. Una mutación de un gen presente en el Autosoma 7 codifica para una

proteína que, mediante difusión facilitada, mueve cloro hacia el fluido extracelular. Esta proteína__________ puede resultar en muchos casos en un cuadro de fibrosis cística. A)de reconocimiento B)transportadora C)enzimática D)bomba E)canal

5. ¿Cuáles de los siguientes mecanismos de transporte NO transporta moléculas de manera activa a través de la membrana plasmática? (Pista: son 3) A) Difusión simple B) Transporte activo C) Bomba sodio-potasio D) Difusión facilitada E) Osmosis

6. La (el)________ es el movimiento neto de un tipo de molécula pequeña, polar y lipo-insoluble, desde una región de mayor concentración hacia una región de menor concentración. A) Osmosis B) Difusión facilitada C) Transporte activo D) Difusión simple E) Cotransporte

7. La homeostasis intracelular de O2 y CO2 (moléculas pequeñas, apolares y

liposolubles) es mantenida mediante: A) Osmosis B) Difusión facilitada C) Transporte activo D) Difusión simple E) Cotransporte

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8. En coherencia con su función de canal hídrico, el ojo, el riñón, el pulmón, el tracto gastrointestinal o las glándulas secretoras, órganos que se caracterizan por un alto trasiego de agua, presentan en sus células varias proteínas de tipo ______________ para mantener la homeostasis. A) Osmosis B) Bombas C) Acuaporinas D) Transportadoras E) Canales

9. Investigue al menos una tres mutaciones en genes que codifiquen para acuaporinas. En su trabajo indague: a) gen afectado. b) Tipo de acuaporina afectada( AQP0, AQP!, AQP2, etc) c) Cómo afecta la mutación a la homeostasis del organismo afectado. (Bibliografía; Aquaporinas: los canales de agua celulares. Investigación y ciencia, 2006) http://www.investigacionyciencia.es/files/5516.pdf (No escriba más allá de esta página ni copie la respuesta). ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________