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El flujo de energía y masa en el mundo biológico (continúa) - Cambio de Michoacán
Viernes 31 Octubre de 2014
El flujo de energía y masa en el mundo biológico (continúa)
Ariosto Aguilar Mandujano
Jueves 24 de Marzo de 2011 • Enviar nota    • Imprimir
No solamente fluye energía entre los mundos de las plantas y de los animales, sino también la masa. Durante la respiración, las células de animales toman oxígeno de la atmósfera. En contraste, las plantas verdes extraen dióxido de carbono y agua de la atmósfera y regresan el oxígeno. Hay entonces un ciclo de dióxido de carbono, un ciclo de oxígeno y un ciclo de agua en el mundo biológico.

La cantidad total de carbono fijado por las plantas que crecen cada año en la superficie de la tierra es más de 30 mil millones de toneladas, cuya mitad es realizada por las plantas marinas.

Si consideramos que todo el carbón está en forma de glucosa y que la formación de cada mol de glucosa requiere la absorción de 686 mil calorías de energía solar, veremos que estas cantidades, corregidas por las pérdidas por fricción, corresponden a un milésimo de la energía solar total que cae en la Tierra en un año. En otras palabras, se pierde el resto en forma de energía calorífica.

La oxidación de moléculas orgánicas complejas, tales como la glucosa, es el proceso primario, que proporciona energía química útil en la mayoría de las células heterotróficas. Las células que usan oxígeno se denominan aerobias. Sin embargo hay un número considerable de células heterotróficas, especialmente algunas bacterias y otros organismos simples, que no usan oxígeno. Tales células se denominan organismos anaerobios.

Los anaerobios también obtienen energía a partir de la oxidación de las moléculas complejas, pero en vez de usar oxígeno, ellos emplean otras clases de moléculas como agentes oxidantes. El proceso de oxidación -reducción de las moléculas complejas en ausencia de oxígeno, se denomina fermentación.

Tanto en las células aerobias como en las anaerobias la energía del sustrato se conserva durante su oxidación, no como calor, sino como energía química. La energía de las reacciones de oxidación celular se conserva en el compuesto trifosfato de adenosina (TPA).

El TPA es el transportador de energía química obtenida de la oxidación de las moléculas del sustrato a las reacciones químicas de la célula que no ocurren espontáneamente y proceden si se proporciona energía química. La energía química del TPA se usa para realizar trabajo químico, mecánico y osmótico de la célula.

Hasta el momento se han mencionado las transformaciones de energía que se presentan en el flujo principal de energía en el mundo biológico, comprendido en el crecimiento, mantenimiento, locomoción y réplica de las células. Algunos de los problemas más fascinantes en la bioenergética están relacionados con las actividades y funciones de células especializadas, que no están en el flujo principal de energía, en cuyas funciones se intercambian pequeñas cantidades de energía. Algunas de ellas están relacionadas con la percepción de cambios de energía en el medio ambiente por sistemas sensoriales y otros con la emisión de energía para la comunicación o con la navegación.

Los dispositivos de sensibilidad de la energía, fascinantes, en los animales superiores, corresponden a células localizadas en la retina del ojo. Pueden recibir energía lumínica que les permite sentir la naturaleza del medio ambiente del organismo. Tales células receptoras son el resultado de una adaptación altamente especializada de la evolución.

El ojo humano constituye un receptor de luz que tiene un alto grado de discriminación, no sólo para diferentes intensidades de luz, sino también para diferentes longitudes de onda del espectro visible. Las células en forma de bastones y conos en la retina, altamente sensibles a la luz, pueden responder a las graduaciones de la luz al contener pigmentos denominados rodopsinas, que pueden absorber la energía lumínica. Estos pigmentos son químicamente similares a los carotinoides que se encuentran en las células fotosintéticas.

Los cambios en la estructura molecular de las rodopsinas por el efecto lumínico, aún no bien conocidos, se transmiten a las células de las membranas de la retina, que a su vez están conectadas con el sistema nervioso central, cuya activación da como resultado la percepción visual. La transformación de pequeñas cantidades de energía lumínica absorbida en energía eléctrica en el potencial de acción nerviosa es uno de los problemas más intrigantes en el campo de la biofísica molecular.

Otras clases de células especializadas pueden sensibilizarse ante cambios pequeños de energía calorífica que pueden registrarse por ciertas moléculas que activan el sistema nervioso. Es el caso de la piel humana, cuya capacidad está desarrollada en grado extraordinario ante los cambios de temperatura externa. Tal vez ciertas moléculas de proteínas se han adaptado para actuar como detectores de calor altamente sensitivos para esta función.

La posibilidad de detectar energía eléctrica está también altamente desarrollada en algunos organismos. Los mecanismos moleculares implicados en la absorción de la energía eléctrica y la señal en el impulso nervioso aún no son bien conocidos.

Algunos tipos de células también están equipadas con emanar energía en una forma determinada. Pueden emitirse señales de sonidos de alta frecuencia que las utilizan para la ecolocalización y la navegación. Otros pueden emitir señales eléctricas para su localización, e inclusive descargas eléctricas como medio de defensa y ataque según el caso.

Otra forma de emisión de energía biológica de considerable interés es el proceso de la bioluminiscencia, la conversión de energía química en energía lumínica, en algunos organismos como las luciérnagas, los cocuyos, y algunos peces, que contienen en sus emisiones una enzima, la luciferasa, capaz de utilizar la energía del TPA para inducir el estado excitado de la sustancia orgánica denominada luciferina. En la luciferina ciertos electrones se excitan de orbitales normales a orbitales altamente inestables, que al restaurar su posición energética producen luminiscencia. Se considera en principio que la luminiscencia opera como el proceso inverso de la fotosíntesis.

Hemos mencionado el proceso de la fotosíntesis como parte inicial del flujo de energía en el mundo biológico, que permite el desarrollo de la vida, tanto entre los vegetales como en los animales. Hay una interdependencia entre ellos y la diversidad de las especies que sobrelleva el proceso de la evolución.

Hay una amplia diversidad de especies que no se ven a simple vista, que permiten la interdependencia entre el reino vegetal y el reino animal, así como con el reino mineral. Su actividad de seres vivos está centrada en utilizar moléculas orgánicas de gran tamaño y de elevado peso molecular para transformarlos en moléculas más pequeñas y de menor peso molecular. La acción de ellos se lleva a cabo de muchas formas, utilizando la acción de sus catalizadores biológicos, llamados enzimas, que constituyen en lo general una trama compleja. Su conocimiento viene a constituir lo fundamental en la reincorporación al suelo de los elementos minerales que las plantas utilizan en la fotosíntesis; con una liberación de energía que utilizan para sus funciones vitales.

Insistiremos en mencionar que su presencia en la Tierra es de la mayor antigüedad.





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