Intercambio de Sustancias

Intercambio de gases en las plantas

El dióxido de carbono se intercambia por oxígeno en las hojas para permitir la fotosíntesis. El envés de las hojas tiene unos poros microscópicos llamados estomas (en singular stoma) que son clave para facilitar el intercambio de gases.

Los estomas no son poros permanentes, ya que están regulados por células especializadas denominadas células de guarda, según el siguiente diagrama. Además del intercambio gaseoso, el agua también sale de la hoja a través de los estomas. Se trata de la transpiración, un fenómeno indeseable en la biología vegetal.

Fig. 1 - Diagrama de la sección transversal de la hoja, que muestra las células protectoras y los estomas

Las plantas también necesitan oxígeno para respirar. De ahí que las partes de la planta se adapten para maximizar la absorción de oxígeno por difusión, principalmente mediante el aumento de la superficie a través de la ramificación y los espacios de aire en el cuerpo de la planta.

Flujo de masa

Sabiendo cómo las plantas absorben agua de sus raíces y producen glucosa mediante la fotosíntesis, puedes preguntarte cómo se transportan a partes distantes de las plantas, como las flores.

Las plantas tienen sus propios sistemas de transporte para cumplir este propósito. El sistema de transporte de las plantas, denominado transporte de masas, se compone de dos sistemas: el xilema y el floema. Ambos sistemas facilitan el transporte de masas mediante un proceso denominado translocación.

Fig. 2 - Diagrama del xilema y el floema con breves descripciones de sus características, así como un corte transversal del xilema y el floema al microscopio óptico

La principal diferencia entre el xilema y el floema es que el xilema transporta agua, mientras que el floema transporta sustancias producidas por la fotosíntesis(asimilados).

Intercambio de sustancias en los animales

Los sistemas de transporte en los animales también tienen un órgano parecido a una bomba (corazón) y vasos más complejos. Estas adaptaciones satisfacen la mayor demanda metabólica de los animales.

Papel de los capilares en el intercambio de sustancias

Los animales tienen muchos vasos sanguíneos que constituyen sus sistemas de transporte. El intercambio de sustancias se produce directamente en los capilares.

Los capilares están adaptados para una difusión eficaz al ser delgados (sólo una célula de grosor) y formar una gran red denominada lechos capilares.

Fig. 3 - Esquema de la sección transversal de un capilar

Intercambio de sustancias entre la sangre y el músculo

El metabolismo de las células musculares es muy elevado porque generan mucha energía para la contracción. Requieren mucha glucosa y oxígeno de la sangre y liberan mucho dióxido de carbono. Para ello, una rica red de capilares rodea las células musculares.

Fig. 4 - Esquema de un lecho capilar que rodea los tejidos

Otra función clave de los capilares es facilitar el intercambio gaseoso. Exploraremos el papel de los capilares en el intercambio gaseoso en los siguientes ejemplos.

Intercambio gaseoso en los animales

El oxígeno y el dióxido de carbono son las dos sustancias que se intercambian durante el intercambio gaseoso.

El intercambio gaseoso se produce sobre una superficie de intercambio gaseoso. Las superficies de intercambio de gases difieren entre los animales con baja demanda de oxígeno (por ejemplo, insectos y peces) y los animales con alta demanda de oxígeno (por ejemplo, los humanos).

Las superficies de intercambio gaseoso de los peces están compuestas por unas estructuras llamadas branquias. Las branquias están divididas en filamentos que contienen muchas laminillas.

Fig. 5 - Esquema de una sección de las branquias de un pez

El intercambio de gases se produce en las laminillas, que siguen el sistema de contracorriente. Esto significa que la sangre y el agua de las laminillas fluyen en direcciones opuestas.

Fig. 6 - Esquema del sistema contracorriente de intercambio gaseoso a través de una laminilla en un pez

En los insectos que carecen de capilares, el intercambio de gases se produce en la tráquea.

Fig. 7 - Esquema de la tráquea de un insecto

Como organismos con gran demanda de oxígeno, los humanos tienen sistemas de intercambio gaseoso más complejos y pigmentos proteínicos que transportan oxígeno (por ejemplo, la hemoglobina).

El sistema humano de intercambio gaseoso consta de múltiples órganos. El intercambio gaseoso tiene lugar en unas estructuras especializadas de los pulmones, con forma de uva, denominadas alvéolos.

Fig. 8 - Esquema del sistema humano de intercambio gaseoso con los alvéolos ampliados

Los alvéolos están adaptados para el intercambio gaseoso por sus paredes finas (de una célula de grosor) y su proximidad a los capilares.

Fig. 9 - Diagrama que muestra el intercambio gaseoso entre un alvéolo y un capilar