La central secreta del cardón
Vuelven al Jardín Botánico de Altura de Tilcara. Ya saben que el cardón fabrica glucosa en la capa verde de su tallo. Ahora van a responder otra pregunta: ¿cómo obtienen energía todas las células del cardón, de día y de noche, incluso en la raíz, donde nunca llega la luz?
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Las raíces del cardón
Las raíces del cardón viven bajo tierra, a oscuras, y no tienen cloroplastos. Sin embargo, sus células trabajan todo el tiempo: crecen entre las piedras y absorben el agua de las pocas lluvias del verano.
¿Qué hace el cardón con su glucosa?
La receta que armaron sirve para casi todas las plantas, pero cuándo entra el dióxido de carbono cambia según la planta. Los estomas son poritos por donde entran y salen los gases; al abrirse, también se escapa vapor de agua. Miren a dos vecinos del Jardín: el molle, un árbol de folíolos finos que transpiran mucho, y el cardón, un cactus que vive donde casi no llueve.
El molle abre sus estomas de día, como la mayoría de las plantas: toma dióxido de carbono mientras hace la fotosíntesis, aunque también pierda agua. El cardón hace lo contrario: de día mantiene los estomas cerrados y de noche los abre. El dióxido de carbono que entra de noche lo guarda dentro de sus células hasta que sale el sol: así fabrica glucosa de día sin abrir los estomas. Muchas plantas de lugares secos hacen lo mismo.
La glucosa que fabrica el cardón tiene dos destinos. Una parte la usa como material: con ella arma su madera y las paredes de sus células. Otra parte la usa como fuente de energía. ¿Para qué necesita energía un ser vivo?
Todo ser vivo gasta energía todo el tiempo, aunque esté quieto: para crecer, reparar sus partes, fabricar sustancias, llevarlas de un lugar a otro y, en los animales, para moverse. Cuando la energía deja de llegar, las células mueren.
El cardón tiene su energía guardada en la glucosa: proviene de la luz solar que aprovechó durante la fotosíntesis. Pero esa energía no se puede usar así nomás. Para liberarla, cada célula tiene que desarmar la glucosa. Eso es lo que van a investigar.
La central de energía
Esta es una célula de la raíz del cardón, muy aumentada. En el centro está una de sus centrales.
Esquema simplificado: una célula real tiene muchas centrales, y la glucosa empieza a partirse en el citoplasma antes de entrar.
Abajo está el panel de controles de la central: tres llaves (glucosa, oxígeno, luz). Los medidores muestran cuánta energía libera y cuánto dióxido de carbono y agua se forman. Cada caso tiene tres pasos: ① elijan su predicción · ② cambien el control que se indica · ③ comparen el medidor con su predicción.
Caso 1 · Llega la noche
① Predigan② Apaguen la luz③ Miren el medidor
Con glucosa y oxígeno disponibles, si se hace de noche y se apaga la luz, la central…
Caso 2 · Un suelo inundado
① Predigan② Cierren el oxígeno③ Miren el medidor
Después de una tormenta fuerte, el agua llena todos los huecos del suelo y no queda aire alrededor de la raíz. Con la glucosa encendida, si deja de llegar oxígeno, la central…
Es una simulación: los valores de los medidores no son mediciones reales.
Respiración celular
La respiración celular es el proceso con el que las células obtienen energía: desarman la glucosa usando oxígeno y liberan la energía que estaba guardada en ella. Como productos se forman dióxido de carbono y agua. El dióxido de carbono puede salir de la célula; el agua también puede utilizarse dentro de ella.
Empieza en el citoplasma, donde cada glucosa se parte en dos pedazos, y se completa en unas organelas llamadas mitocondrias: son las centrales que acaban de probar. Ahí se libera la mayor parte de la energía.
La energía no aparece de la nada: proviene de la glucosa producida por fotosíntesis. Una parte de esa energía la célula la usa para crecer, reparar sus partes y transportar sustancias. Otra parte se pierde como calor.
Como la fotosíntesis, la respiración celular transforma la materia, pero en sentido contrario: transforma materia orgánica (glucosa) en materia inorgánica (dióxido de carbono y agua).
La mitocondria por dentro
La mitocondria
La mitocondria es la organela donde se completa la respiración celular. Está envuelta por dos membranas. La membrana externa es lisa. La membrana interna se pliega hacia adentro y forma las crestas. Esos pliegues aumentan la superficie disponible. Allí se usa el oxígeno, se forma agua y se libera la mayor parte de la energía. Adentro está la matriz, un compartimento acuoso donde se terminan de desarmar los pedazos de glucosa y se forma el dióxido de carbono.
Las mitocondrias tienen su propio ADN, en forma de anillo, y sus propios ribosomas. Por eso pueden fabricar algunas de sus proteínas y dividirse en dos dentro de la célula.
No todas las células tienen la misma cantidad de mitocondrias. Comparen tres células de la Quebrada: una del músculo del corazón de una vicuña, una de la capa verde del cardón y un glóbulo rojo de la vicuña, que lleva el oxígeno por la sangre.
En las células del músculo del corazón, las mitocondrias ocupan cerca de un tercio de la célula: el corazón late sin parar, día y noche, y gasta muchísima energía. Las células de la capa verde del cardón tienen mitocondrias, pero muchas menos, entre sus cloroplastos. Los glóbulos rojos maduros de los mamíferos, como la vicuña, no tienen mitocondrias: transportan el oxígeno sin usarlo.
¿Quiénes respiran y dónde?
Todos los seres vivos necesitan energía, y muchos la obtienen con la respiración celular, usando oxígeno: plantas, animales, hongos y muchos organismos de célula procariota. La realizan tanto los seres vivos que fabrican su propia glucosa como los que la obtienen al alimentarse. La diferencia está en de dónde sacan la glucosa: el cardón la fabrica con la fotosíntesis; la vicuña la obtiene al comer pastos.
En las células eucariotas, como las del cardón, la vicuña o un hongo, la respiración celular se completa en las mitocondrias. Las células procariotas no tienen mitocondrias: la realizan en su membrana y en su citoplasma.
En la vida diaria, “respirar” es tomar aire y largarlo. ¿Es lo mismo que la respiración celular?
Tomar aire y largarlo, o hacer entrar y salir gases por los estomas, es intercambio de gases con el ambiente. La respiración celular, en cambio, ocurre adentro de cada célula. Los dos están conectados: el intercambio de gases trae el oxígeno que las células usan y se lleva el dióxido de carbono que producen.
Las plantas no tienen pulmones, pero intercambian gases con el ambiente, entre otras vías, por sus estomas. Las células vivas del cardón realizan respiración celular de día y de noche.
Laboratorio del indicador
Cuatro tubos cerrados, con la misma cantidad de agua e indicador, inicialmente azul. El tubo A no contiene organismos; B tiene un caracol; C y D contienen ramitas de elodea del mismo tamaño. A, B y C reciben luz artificial continua, mientras D está a oscuras. Entre C y D lo único distinto es la luz. Es una simulación de 24 horas: los colores muestran lo que podría pasar.
| Tubo | Color simulado a las 24 h | Qué nos dice del dióxido de carbono |
|---|
Dos procesos, una planta
De día, las células de los folíolos del molle hacen las dos cosas a la vez. ¿Qué gas entra y qué gas sale de la hoja en cada momento?
En la estación 1 vieron que el cardón no maneja sus gases como el molle: abre los estomas de noche y guarda el dióxido de carbono hasta el día. Por eso su balance de gases con el aire es distinto. Lo que no cambia es su respiración celular: sigue de día y de noche en todas sus células vivas.
Fotosíntesis y respiración celular
En el cardón: las células vivas de la capa verde del tallo tienen cloroplastos y mitocondrias; sus células de la raíz también tienen mitocondrias, pero normalmente no tienen cloroplastos. La fotosíntesis necesita luz y la respiración celular ocurre de día y de noche.
| Fotosíntesis | Respiración celular | |
|---|---|---|
| Qué hace | Fabrica glucosa: transforma materia inorgánica en materia orgánica. | Desarma glucosa: transforma materia orgánica en materia inorgánica. |
| Energía | Capta la energía de la luz y la guarda en la glucosa. | Libera la energía guardada en la glucosa para el trabajo de la célula; una parte se pierde como calor. |
| Reactivos | Dióxido de carbono y agua. | Glucosa y oxígeno. |
| Productos | Glucosa y oxígeno. | Dióxido de carbono y agua. |
| Dónde | En los cloroplastos. | Empieza en el citoplasma y se completa en las mitocondrias. |
| Cuándo | Solo cuando hay luz. | Siempre, de día y de noche. |
| Quiénes | Plantas, algas y cianobacterias. | Casi todos los seres vivos, incluidos los que hacen fotosíntesis. |
En las ecuaciones simplificadas, los reactivos de un proceso coinciden con los productos del otro, pero no son el mismo camino recorrido al revés: ocurren en organelas distintas y pasan por etapas distintas. Juntos forman un ciclo de la materia: el carbono, el oxígeno y el hidrógeno van y vuelven entre los seres vivos y el ambiente. La energía, en cambio, no vuelve: entra como luz, queda guardada en la glucosa, se usa en el trabajo de las células y sale como calor. Por eso el cardón, como todo ser vivo, es un sistema abierto que necesita recibir energía todo el tiempo.
Veredicto y cuestionario
Al entrar dijeron que la energía de las raíces sale —.
- Todas las células vivas necesitan energía para mantener sus funciones, aunque el organismo esté quieto.
- La respiración celular desarma la glucosa con oxígeno y libera su energía; se forman dióxido de carbono y agua.
- Empieza en el citoplasma y se completa en las mitocondrias.
- La mitocondria tiene dos membranas; la interna forma pliegues llamados crestas, donde se libera la mayor parte de la energía. Adentro está la matriz.
- La respiración celular la realizan plantas, animales, hongos y muchos organismos de célula procariota: tanto los que fabrican su glucosa como los que la obtienen al alimentarse.
- Ocurre de día y de noche, en todas las células vivas: en el cardón, también en la raíz y en el centro del tallo.
- Respirar (intercambiar gases) no es lo mismo que la respiración celular, aunque están conectados.
- La fotosíntesis guarda la energía de la luz en la glucosa; la respiración celular la libera para el trabajo de la célula y una parte se pierde como calor.
Copien la ficha y péguenla en el aula virtual o en el documento que indique su docente.