Intercambio de Gases

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Trata sobre la respiración externa en organismos multicelulares. Versión 1.5

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  • Hemoglobin is a remarkable molecular machine that uses motion and small structural changes to regulate its action. Oxygen binding at the four heme sites in hemoglobin does not happen simultaneously. Once the first heme binds oxygen, it introduces small changes in the structure of the corresponding protein chain. These changes nudge the neighboring chains into a different shape, making them bind oxygen more easily. Thus, it is difficult to add the first oxygen molecule, but binding the second, third and fourth oxygen molecules gets progressively easier and easier. This provides a great advantage in hemoglobin function. When blood is in the lungs, where oxygen is plentiful, oxygen easily binds to the first subunit and then quickly fills up the remaining ones. Then, as blood circulates through the body, the oxygen level drops while that of carbon dioxide increases. In this environment, hemoglobin releases its bound oxygen. As soon as the first oxygen molecule drops off, the protein starts changing its shape. This prompts the remaining three oxygens to be quickly released. In this way, hemoglobin picks up the largest possible load of oxygen in the lungs, and delivers all of it where and when needed.
  • Hemoglobin is a remarkable molecular machine that uses motion and small structural changes to regulate its action. Oxygen binding at the four heme sites in hemoglobin does not happen simultaneously. Once the first heme binds oxygen, it introduces small changes in the structure of the corresponding protein chain. These changes nudge the neighboring chains into a different shape, making them bind oxygen more easily. Thus, it is difficult to add the first oxygen molecule, but binding the second, third and fourth oxygen molecules gets progressively easier and easier. This provides a great advantage in hemoglobin function. When blood is in the lungs, where oxygen is plentiful, oxygen easily binds to the first subunit and then quickly fills up the remaining ones. Then, as blood circulates through the body, the oxygen level drops while that of carbon dioxide increases. In this environment, hemoglobin releases its bound oxygen. As soon as the first oxygen molecule drops off, the protein starts changing its shape. This prompts the remaining three oxygens to be quickly released. In this way, hemoglobin picks up the largest possible load of oxygen in the lungs, and delivers all of it where and when needed.
  • Hemoglobin is a remarkable molecular machine that uses motion and small structural changes to regulate its action. Oxygen binding at the four heme sites in hemoglobin does not happen simultaneously. Once the first heme binds oxygen, it introduces small changes in the structure of the corresponding protein chain. These changes nudge the neighboring chains into a different shape, making them bind oxygen more easily. Thus, it is difficult to add the first oxygen molecule, but binding the second, third and fourth oxygen molecules gets progressively easier and easier. This provides a great advantage in hemoglobin function. When blood is in the lungs, where oxygen is plentiful, oxygen easily binds to the first subunit and then quickly fills up the remaining ones. Then, as blood circulates through the body, the oxygen level drops while that of carbon dioxide increases. In this environment, hemoglobin releases its bound oxygen. As soon as the first oxygen molecule drops off, the protein starts changing its shape. This prompts the remaining three oxygens to be quickly released. In this way, hemoglobin picks up the largest possible load of oxygen in the lungs, and delivers all of it where and when needed.
  • Intercambio de Gases

    1. 1. Intercambio de Gases o Respiración M en C Rafael Govea VillaseñorM en C Rafael Govea Villaseñor CINVESTAVCINVESTAV UAM-IUAM-I Versión 1.7Versión 1.7
    2. 2. ¿Qué es la Respiración?¿Qué es la Respiración? Es el proceso biológico que intercambia losEs el proceso biológico que intercambia los gases Ogases O22 y COy CO22 entre dos compartimientos.entre dos compartimientos. Este proceso lo llevan a cabo casi todosEste proceso lo llevan a cabo casi todos los organismos, excepto, diversas bacteriaslos organismos, excepto, diversas bacterias anaerobias exclusivas.anaerobias exclusivas. El nombre proviene deEl nombre proviene de re-re- = volver, repetir;= volver, repetir; espir-espir- = espiración = exhalación y= espiración = exhalación y -ción-ción == proceso.proceso. M en C Rafael Govea Villaseñor
    3. 3. ¿Para qué se realiza la Respiración?¿Para qué se realiza la Respiración? Para:Para: Generar energía libre y realizar trabajo conGenerar energía libre y realizar trabajo con ellaella M en C Rafael Govea Villaseñor La conversión de energía de una fuenteLa conversión de energía de una fuente (los(los nutrientes celulares, luz o reacciones químicasnutrientes celulares, luz o reacciones químicas diversas)diversas) a formas metabólicamente útilesa formas metabólicamente útiles (ATP)(ATP) es una función que realiza cada una de células.es una función que realiza cada una de células. No existe ningún tejido, órgano uNo existe ningún tejido, órgano u aparato cuya función sea generaraparato cuya función sea generar energía libreenergía libre
    4. 4. ¿Cuáles tipos de Respiración hay?¿Cuáles tipos de Respiración hay? ● Respiración ExternaRespiración Externa.. ● Respiración InternaRespiración Interna.. ● Respiración CelularRespiración Celular.. M en C Rafael Govea Villaseñor
    5. 5. ¿Qué es la Respiración Externa?¿Qué es la Respiración Externa? Un intercambio de gases entre el medio externo yUn intercambio de gases entre el medio externo y el interno a través del tejido respiratorio.el interno a través del tejido respiratorio. COCO22 OO22 M en C Rafael Govea Villaseñor AlvéoloAlvéolo pulmonarpulmonar bronquiolobronquiolo
    6. 6. ¿Qué es la Respiración Interna?¿Qué es la Respiración Interna? Es un intercambio de gases entre dos compartimientosEs un intercambio de gases entre dos compartimientos del medio interno a través del tejido endotelio que recubredel medio interno a través del tejido endotelio que recubre los vasos capilares. Ocurre en animales no pequeñoslos vasos capilares. Ocurre en animales no pequeños COCO22 OO22 M en C Rafael Govea Villaseñor
    7. 7. ¿Qué es la Respiración celular*?¿Qué es la Respiración celular*? Es un intercambio de gases entre el medioEs un intercambio de gases entre el medio extracelular y el citosol a través de la membranaextracelular y el citosol a través de la membrana plasmática.plasmática. COCO22 OO22 M en C Rafael Govea Villaseñor * Por suesto, dentro de la célula la respiración es un proceso bioquímico* Por suesto, dentro de la célula la respiración es un proceso bioquímico
    8. 8. ¿Qué es la Respiración Celular?¿Qué es la Respiración Celular? Es una serie de reacciones bioquímicas queEs una serie de reacciones bioquímicas que convierten la energía química deconvierten la energía química de monosacáridos, lípidos y aminoácidos enmonosacáridos, lípidos y aminoácidos en energía libre para realizar trabajo celularenergía libre para realizar trabajo celular almacenada a muy corto plazo en moléculasalmacenada a muy corto plazo en moléculas de ATP.de ATP. C6 H12 O6 + O2 →→→→→→ CO2 + H2 O + Energía (ATP) Para asegurar la producción de energía dePara asegurar la producción de energía de acuerdo a la ley de acción de las masas, lasacuerdo a la ley de acción de las masas, las células requieren sacar COcélulas requieren sacar CO22 y meter Oy meter O22 M en C Rafael Govea Villaseñor
    9. 9. ¿Cuáles estructuras llevan a cabo la¿Cuáles estructuras llevan a cabo la Respiración?Respiración? ● En los organismosEn los organismos unicelulares yunicelulares y multicelulares:multicelulares: lala membrana plasmática.membrana plasmática. ● En los organismosEn los organismos pluricelulares:pluricelulares: DesdeDesde tejidos, órganos atejidos, órganos a aparatos respiratorios,aparatos respiratorios, según el modo de vidasegún el modo de vida de los organismos.de los organismos. CO2 O2 M en C Rafael Govea Villaseñor
    10. 10. ¿Cómo son los epitelios respiratorios¿Cómo son los epitelios respiratorios en los organismos animales?en los organismos animales? ● ExtensosExtensos. Poseen. Poseen gran superficiegran superficie intercambiadoraintercambiadora ● DelgadosDelgados. El grosor. El grosor es microscópico.es microscópico. ● HúmedosHúmedos. Suelen. Suelen estar cubiertos deestar cubiertos de una película acuosauna película acuosa ● Vascularizados.Vascularizados. Subyace a ellos unaSubyace a ellos una densa red capilardensa red capilar M en C Rafael Govea Villaseñor
    11. 11. ¿Cómo respiran los hongos? Dado que los hongos son organismos multicelu-Dado que los hongos son organismos multicelu- lares y eventualmente unicelulares, la respiraciónlares y eventualmente unicelulares, la respiración ocurre a través de su membrana plasmáticaocurre a través de su membrana plasmática M en C Rafael Govea Villaseñor COCO22 OO22
    12. 12. ¿Cuál es la estructura respiratoria de los hongos? Los organismos del reinoLos organismos del reino FungiFungi intercambianintercambian gases a través de su Membrana plasmáticagases a través de su Membrana plasmática M en C Rafael Govea Villaseñor COCO22 OO22 Los hongos no necesitan y no poseen aparatos, órganos, ni tejidos respiratorios. Debido a su nivel de organización “Tisular”, su lento metabolismo y su sedentarismo, les basta con el intercambio de gases de su membrana celular
    13. 13. ¿Cómo respiran las plantas? Las plantas son organismos pluricelulares deLas plantas son organismos pluricelulares de nivel “Aparato”. Su respiración ocurre a través denivel “Aparato”. Su respiración ocurre a través de los estomas de la epidermis de las hojas y talloslos estomas de la epidermis de las hojas y tallos COCO22 OO22 M en C Rafael Govea Villaseñor
    14. 14. COCO22 ¿Cuál es la estructura respiratoria de las plantas verdes? Los organismos del reinoLos organismos del reino PlantaePlantae intercambianintercambian gases a través de su Epidermisgases a través de su Epidermis M en C Rafael Govea Villaseñor OO22 Las plantas no necesitan y no poseen ni aparatos, ni órganos respiratorios. Debido a su nivel de organización “Aparato”, su lento metabolismo, su sedentarismo y que suelen desechar O2 , les basta con el intercambio de gases por los estomas de su epidermis
    15. 15. ¿Cómo respiran los animales? Puesto que los metazoarios somos organismosPuesto que los metazoarios somos organismos pluricelulares y generalmente con nivel depluricelulares y generalmente con nivel de organización “Individuo”, la respiración ocurre aorganización “Individuo”, la respiración ocurre a través de distintos tejidos, órganos u aparatostravés de distintos tejidos, órganos u aparatos intercambiadores de gasesintercambiadores de gases M en C Rafael Govea Villaseñor
    16. 16. Aparato Respiratorio CutáneoAparato Respiratorio Cutáneo Intercambia gases entre el exterior y el interiorIntercambia gases entre el exterior y el interior (líquido intercelular) a través de la superficie(líquido intercelular) a través de la superficie corporalcorporal M en C Rafael Govea Villaseñor COCO22 OO22
    17. 17. Aparato Respiratorio TraqueolarAparato Respiratorio Traqueolar Intercambia gases entre el exterior y el interiorIntercambia gases entre el exterior y el interior (líquido intercelular) a través de las traqueolas(líquido intercelular) a través de las traqueolas M en C Rafael Govea Villaseñor
    18. 18. Aparato Respiratorio BranquialAparato Respiratorio Branquial Intercambia gases entre el medio externo y elIntercambia gases entre el medio externo y el interno a través del epitelio de las branquias.interno a través del epitelio de las branquias. M en C Rafael Govea Villaseñor branquias
    19. 19. Aparato Respiratorio PulmonarAparato Respiratorio Pulmonar M en C Rafael Govea Villaseñor Intercambia gases entre el medio externo y elIntercambia gases entre el medio externo y el interno a través del epitelio alveolar pulmonar.interno a través del epitelio alveolar pulmonar.
    20. 20. Aparato Respiratorio PulmonarAparato Respiratorio Pulmonar Los órganos del ARP colaboran haciéndose cargo deLos órganos del ARP colaboran haciéndose cargo de distintas funciones para lograr el intercambio de gasesdistintas funciones para lograr el intercambio de gases M en C Rafael Govea Villaseñor Conduce aire y alimentos Controla la frecuencia ventilatoria Conduce aire Intercambia gases ventilación Conduce aire Evita entrada de alimentos Calienta, humedece y limpia aire Mueven las costillas (ventilación) Fonación ventilación
    21. 21. ¿Qué es la Ventilación?¿Qué es la Ventilación? La Ventilación (La Ventilación (vent-vent- = viento) Es la corriente de= viento) Es la corriente de fluido respiratorio (aire o agua) hacia la superficiefluido respiratorio (aire o agua) hacia la superficie intercambiadora de gases.intercambiadora de gases. M en C Rafael Govea Villaseñor Hay dos tipos de ventilación: ● Ventilación unidireccionalVentilación unidireccional ● Ventilación BidireccionalVentilación Bidireccional
    22. 22. ¿Cómo es la Ventilación¿Cómo es la Ventilación Unidireccional (branquial)?Unidireccional (branquial)? Es una corriente de agua a través de las branquiasEs una corriente de agua a través de las branquias donde a contraflujo la sangre intercambia gases.donde a contraflujo la sangre intercambia gases. M en C Rafael Govea Villaseñor La boca se abre, la faringe se ensancha aspirando agua. Se cierra la boca yLa boca se abre, la faringe se ensancha aspirando agua. Se cierra la boca y se abre el opérculo. Luego la faringe se adelgaza empujando el agua haciase abre el opérculo. Luego la faringe se adelgaza empujando el agua hacia las cámaras branquialeslas cámaras branquiales
    23. 23. ¿Qué estructuras partipan en la¿Qué estructuras partipan en la Ventilación Unidireccional?Ventilación Unidireccional? M en C Rafael Govea Villaseñor Los opérculos están cerrados, la boca se abre y la faringe seLos opérculos están cerrados, la boca se abre y la faringe se ensancha aspirando agua. Se cierra la boca y se abre el opérculo.ensancha aspirando agua. Se cierra la boca y se abre el opérculo. Luego la faringe se adelgaza empujando el agua hacia las cámarasLuego la faringe se adelgaza empujando el agua hacia las cámaras branquiales.branquiales.
    24. 24. ¿Qué pasa en la cámara branquial?¿Qué pasa en la cámara branquial? El agua fluye a contra flujo de la circulaciónEl agua fluye a contra flujo de la circulación sanguínea permitiendo un eficaz intercambio.sanguínea permitiendo un eficaz intercambio. M en C Rafael Govea Villaseñor La concentración de OLa concentración de O22 en el agua disminuye conforme aumenta laen el agua disminuye conforme aumenta la concentración de Oconcentración de O22 en la sangre.en la sangre.
    25. 25. ¿Cómo es la Ventilación¿Cómo es la Ventilación Bidireccional (pulmonar)?Bidireccional (pulmonar)? Es un flujo alternado de aireEs un flujo alternado de aire (inhalación(inhalación↔↔exhalación) hacia el interior de losexhalación) hacia el interior de los pulmones y luego hacia afuera.pulmones y luego hacia afuera. Inhalación Inhalación Exhalación Exhalación M en C Rafael Govea Villaseñor CajaCaja ToráxicaToráxica Los músculos levantan las costillas y baja el diafragma aumentando elLos músculos levantan las costillas y baja el diafragma aumentando el tamaño de la caja; se aspira aire llenando los pulmones. Luego se relajantamaño de la caja; se aspira aire llenando los pulmones. Luego se relajan los músculos, bajan las costillas y sube el diafragma exprimiendo así loslos músculos, bajan las costillas y sube el diafragma exprimiendo así los pulmonespulmones
    26. 26. ¿Qué parte de nuestro cuerpo lleva¿Qué parte de nuestro cuerpo lleva a cabo la ventilación?a cabo la ventilación? M en C Rafael Govea Villaseñor La Caja ToráxicaLa Caja Toráxica
    27. 27. Transporte sanguíneo de GasesTransporte sanguíneo de Gases En la mayoría de los animales el COEn la mayoría de los animales el CO22 y el Oy el O22 sonson transportados por la sangre hacia y desde eltransportados por la sangre hacia y desde el epitelio respiratorio. Disueltos en el plasma y porepitelio respiratorio. Disueltos en el plasma y por la hemoglobina de los eritrocitosla hemoglobina de los eritrocitos M en C Rafael Govea Villaseñor EritrocitosEritrocitos (llenos de hemoglobina)(llenos de hemoglobina) MoléculadehemoglobinaMoléculadehemoglobina
    28. 28. Proteínas transportadoras de OProteínas transportadoras de O22 HemoglobinaHemoglobina Fe-hemo (cordados)Fe-hemo (cordados) HemocianinaHemocianina Cu (moluscos y artrópodos)Cu (moluscos y artrópodos) M en C Rafael Govea Villaseñor ClorocruorinaClorocruorina Fe-homo (anélidos)Fe-homo (anélidos) HemoeritrinaHemoeritrina (priapulidos, braquiópodos(priapulidos, braquiópodos y anélidos poliquetos)y anélidos poliquetos) MioglobinaMioglobina Fe-hemo (cordados)Fe-hemo (cordados)
    29. 29. Transporte sanguíneo de GasesTransporte sanguíneo de Gases En los cordados terrestres el OEn los cordados terrestres el O22 del airedel aire inhalado atraviesa el epitelio alveolar, se uneinhalado atraviesa el epitelio alveolar, se une a la hemoglobina donde es transportado aa la hemoglobina donde es transportado a todos los tejidos por la sangre.todos los tejidos por la sangre. Allí el OAllí el O22 eses liberado al espacio intercelular de donde loliberado al espacio intercelular de donde lo toman las células atravesando su membranatoman las células atravesando su membrana plasmática. Las mitocondrias producen ATP,plasmática. Las mitocondrias producen ATP, HH22 O y COO y CO2.2. Este, último es desechado, saleEste, último es desechado, sale del citoplasma, atraviesa el endotelio de losdel citoplasma, atraviesa el endotelio de los capilares y es transportado por la sangrecapilares y es transportado por la sangre hacia el epitelio respiratorio disuelto en elhacia el epitelio respiratorio disuelto en el plasma y por la hemoglobina.plasma y por la hemoglobina. Allí se sale alAllí se sale al aire alveolar y abandona el cuerpo con el aireaire alveolar y abandona el cuerpo con el aire exhalado.exhalado. M en C Rafael Govea Villaseñor
    30. 30. FinFin M en C Rafael Govea Villaseñor Árbol Bronquial

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