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11° grado · Biología 5
La autorregulación y la homeostasia · La homeostasia y los sistemas de transporte y excreción

Las adaptaciones para la respiración

Ernesto sube al Pico Turquino, en la Sierra Maestra, y a medida que gana altura nota que respira cada vez más rápido. ¿Por qué lo hace? ¿Qué necesitan sus células para que el cuerpo reaccione así? Al final de la página volveremos a esta pregunta.

Respiración celular e intercambio de gases

En biología la palabra «respiración» se usa para dos procesos distintos que están muy relacionados.

La respiración celular es el conjunto de reacciones químicas que ocurre dentro de las células y que libera la energía de los nutrientes (por ejemplo, la glucosa) para formar ATP. En la respiración aerobia se consume O₂ y se produce CO₂ y agua. Ocurre en las mitocondrias (la glucólisis, antes, en el citoplasma).

El intercambio de gases es el proceso físico por el que el organismo toma O₂ del medio y expulsa CO₂. Ocurre en un órgano respiratorio por difusión: las moléculas pasan de donde hay más concentración a donde hay menos.

Esquema que une el intercambio de gases en el órgano respiratorio con la respiración celular en la mitocondria Medio externo aire o agua Órgano respiratorio intercambio de gases Mitocondria respiración celular O₂ O₂ CO₂ CO₂ La sangre o los líquidos del cuerpo llevan los gases hasta las células
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Distingue la respiración celular del intercambio de gases. Indica en qué orgánulo de la célula ocurre la respiración celular aerobia.

Distingue la respiración celular del intercambio de gases. Indica en qué orgánulo de la célula ocurre la respiración celular aerobia.

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Superficies y órganos respiratorios

Toda superficie respiratoria cumple las mismas condiciones, porque la difusión funciona mejor así: es delgada, húmeda (los gases se disuelven para atravesarla), extensa y suele estar muy vascularizada o en contacto con los líquidos del cuerpo. Lo que cambia entre los animales es el órgano que las reúne, según el medio y el modo de vida.

Organismo Órgano respiratorio Medio
Lombriz de tierra Piel húmeda suelo húmedo
Insecto (saltamontes) Tráqueas con espiráculos aire
Pez Branquias agua
Rana adulta Pulmones y piel húmeda aire y agua
Reptil, ave, mamífero Pulmones aire
Comparación de cuatro órganos respiratorios: piel, tráqueas, branquias y pulmones Piellombriz, rana Tráqueasinsectos Branquiaspeces Pulmonesvertebrados terrestres Misma función, distinta estructura: adaptaciones al medio

Los insectos no usan la sangre para llevar el O₂: sus tráqueas son tubos ramificados que se abren al exterior por orificios (espiráculos) y llevan el aire hasta casi cada célula. Las ranas adultas combinan pulmones sencillos con la piel húmeda y muy vascularizada.

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Menciona el órgano respiratorio característico de cada uno de estos organismos: un pez, un insecto, una rana adulta y un mamífero terrestre.

Menciona el órgano respiratorio característico de cada uno de estos organismos: un pez, un insecto, una rana adulta y un mamífero terrestre.

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El sistema respiratorio humano

El aire sigue un camino fijo hasta los alvéolos. Cada tramo lo prepara: la nariz lo filtra (vellos y moco), lo humedece y lo calienta.

Recorrido del aire desde la nariz hasta los alvéolos Fosasnasales Faringe Laringe Tráquea Bronquios Bronquiolosy alvéolos

Orden: fosas nasales → faringe → laringe → tráquea → bronquios → bronquiolos → alvéolos. En los alvéolos, el O₂ pasa a la sangre y el CO₂ sale de ella. Los músculos intercostales y el diafragma cambian el volumen del tórax y mueven el aire (inspiración y espiración).

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Enumera, en orden, las estructuras por las que pasa el aire en el ser humano desde que entra por la nariz hasta que llega a los alvéolos pulmonares.

Enumera, en orden, las estructuras por las que pasa el aire en el ser humano desde que entra por la nariz hasta que llega a los alvéolos pulmonares.

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El alvéolo: una superficie muy eficiente

Los pulmones tienen cientos de millones de alvéolos, pequeños sacos rodeados de capilares. Cada característica favorece la difusión de los gases:

  • Pared muy delgada (una capa de células): la distancia por recorrer es mínima.

  • Superficie total enorme: muchísimos alvéolos dan mucha área de contacto.

  • Humedad: el O₂ y el CO₂ se disuelven y atraviesan la pared.

  • Red de capilares: la sangre se lleva el O₂ y trae CO₂ constantemente, y así se mantiene la diferencia de concentración.

Alvéolo rodeado por un capilar, con el O₂ entrando a la sangre y el CO₂ saliendo Alvéolo con aire Capilar con sangre O₂ CO₂
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Explica por qué los alvéolos pulmonares son una superficie respiratoria eficiente. Menciona al menos tres de sus características, como el grosor de la pared, la humedad…

Explica por qué los alvéolos pulmonares son una superficie respiratoria eficiente. Menciona al menos tres de sus características, como el grosor de la pared, la humedad y la vascularización, y relaciónalas con la difusión de los gases.

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Branquias y contracorriente

El agua tiene mucho menos O₂ disuelto que el aire, así que un pez debe aprovecharlo al máximo. Las branquias son láminas finas con muchos capilares. El agua entra por la boca y sale por debajo del opérculo, y la sangre circula por las láminas en sentido contrario al agua: es el flujo a contracorriente.

Flujo a contracorriente: el agua y la sangre circulan en sentidos opuestos en una lámina branquial Agua (más O₂ → menos O₂) lámina branquial Sangre (menos O₂ → más O₂)

Así, en todo el recorrido el agua tiene siempre algo más de O₂ que la sangre de ese punto, y la difusión continúa a lo largo de toda la lámina. Si fueran en el mismo sentido, las concentraciones se igualarían a mitad de camino y se perdería oxígeno.

Branquias de un pez Pulmones de un mamífero
Medio agua (poco O₂) aire (mucho O₂)
Flujo unidireccional, a contracorriente de ida y vuelta por las mismas vías
Ventaja extrae gran parte del O₂ del agua superficie interna protegida de la desecación
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Compara el intercambio de gases en las branquias de un pez con el de los pulmones de un mamífero. Explica qué ventaja ofrece el flujo de agua a contracorriente en las…

Compara el intercambio de gases en las branquias de un pez con el de los pulmones de un mamífero. Explica qué ventaja ofrece el flujo de agua a contracorriente en las branquias.

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Intercambio de gases en las plantas

Las plantas intercambian gases por los estomas, pequeños poros de las hojas que abren y cierran las células oclusivas. Las células vegetales hacen respiración celular todo el tiempo, y fotosíntesis solo con luz.

Día (con luz) Noche
Fotosíntesis sí: consume CO₂, libera O₂ no
Respiración celular sí: consume O₂, libera CO₂ sí
Balance de gases entra CO₂ y sale O₂ (la fotosíntesis supera a la respiración) entra O₂ y sale CO₂

De día, el CO₂ que libera la respiración se reutiliza en la fotosíntesis, y sobra O₂ que sale. De noche solo hay respiración, y la planta se comporta como un animal. Al abrir los estomas la planta también pierde vapor de agua (transpiración).

Practica★★☆Sin empezar
Las plantas intercambian gases por los estomas de las hojas. Explica cómo este intercambio se relaciona con la fotosíntesis y con la respiración celular, y qué ocurre…

Las plantas intercambian gases por los estomas de las hojas. Explica cómo este intercambio se relaciona con la fotosíntesis y con la respiración celular, y qué ocurre con el intercambio de gases durante el día y durante la noche.

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Respirar en altitud y según el tamaño

Ernesto en el Turquino

A mayor altura, la presión del aire baja y cada inspiración trae menos moléculas de O₂, aunque el porcentaje de oxígeno sea el mismo. La sangre capta menos O₂ y las células reciben menos, lo que afecta la respiración celular y la producción de ATP.

El organismo responde para mantener la homeostasia:

  1. Sensores detectan el descenso de O₂ en la sangre (receptores).

  2. El centro respiratorio del encéfalo aumenta la frecuencia y la profundidad de la respiración (efectores: músculos respiratorios).

  3. Aumenta la frecuencia cardíaca para llevar más sangre a los tejidos.

  4. A largo plazo (aclimatación) se producen más glóbulos rojos y más hemoglobina.

Es una retroalimentación negativa: la falta de O₂ desencadena respuestas que corrigen la falta.

Vuelve al principio: Ernesto respira más rápido porque su cuerpo intenta compensar el menor aporte de O₂ para que sus mitocondrias sigan produciendo ATP.

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Ernesto sube al Pico Turquino y siente que respira más rápido a medida que gana altura. Analiza por qué cambia su ritmo respiratorio en altitud y qué respuestas del…

Ernesto sube al Pico Turquino y siente que respira más rápido a medida que gana altura. Analiza por qué cambia su ritmo respiratorio en altitud y qué respuestas del organismo ayudan a mantener el aporte de oxígeno a las células. Argumenta cómo se relaciona esto con la homeostasia y con la respiración celular.

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Insecto, lombriz y mamífero

El tamaño impone límites: la difusión solo es eficaz en distancias muy cortas.

Lombriz de tierra Insecto Mamífero
Superficie piel húmeda tráqueas pulmones
Circulación cerrada; la sangre con hemoglobina transporta los gases la sangre (hemolinfa) no transporta O₂ cerrada; la sangre transporta O₂ y CO₂
Tamaño cuerpo delgado pequeño grande

En el insecto, las tráqueas llevan el aire directamente hasta las células. Como la difusión por los tubos de aire es rápida pero solo eficaz a corta distancia, el cuerpo no puede ser muy grande ni muy grueso: el O₂ no llegaría al interior en cantidad suficiente. La lombriz depende de la piel, y si fuera gruesa el O₂ no alcanzaría el centro del cuerpo. El mamífero, con pulmones muy extensos y sangre que lleva los gases, supera esos límites.

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Compara las adaptaciones respiratorias de un insecto, de una lombriz de tierra y de un mamífero. Considera la superficie de intercambio, el papel del sistema…

Compara las adaptaciones respiratorias de un insecto, de una lombriz de tierra y de un mamífero. Considera la superficie de intercambio, el papel del sistema circulatorio en el transporte de gases y el tamaño del organismo. Argumenta por qué los insectos, con sus tráqueas, no necesitan que la sangre transporte el oxígeno, y qué limitación de tamaño esto puede implicar.

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Resumen

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