Fisiologia. Metabolisme d’organismes

La vida Metabolisme cel·lular

Introducció. Respiració Fisiologia vegetal Nutrició, transport xilema i floema, excreció. Fisiologia animal. Digestió extracel·lular. Excreció. Respiració. Transport. Músculs.

Processos dels òrgans de l’organisme amb entrada de nutrients, assimilació i evacuació de deixalles [metabolisme global] garantint el metabolisme cel·lular i el seu entorn. [Una tribu autosuficient tindria aigua, conreus, ramat, minerals, i es podria proveir de tot. En el meu pis, jo no sóc autosuficient, hi ha un sistema que em fa arribar aigua, gas, llum, els aliments, els vestits, els mobles, es fabriquen en altres llocs i un sistema me’ls deixa a una botiga del barri o me’ls fa arribar Amazon. Jo contribueixo -contribuïa- en una part del sistema de control].

Les necessitats metabòliques individuals de les cèl·lules de l’organisme es resolen a nivell global gràcies a l’especialització de cèl·lules i òrgans (diferenciació i teixits).
Després que les plantes han fabricat glucosa amb la fotosíntesi, tots els organismes duen a terme un procés de respiració. [ La respiració en animals i plantes, és una mena de combustió lenta que té lloc en tots els teixits [la fermentació que fa el llevat convertint el sucre en alcohol la fan també les zimases a tots els teixits vegetals i animals. Felix Hope-Seyler descobreix com l’oxigen és recollit per la sang]. Hi ha una respiració sense oxigen, anaeròbica, observada per Cagniard de la Tour el 1838. El 1897 Büchner troba que extractes de llevat (sense la cèl·lula sencera) també poden fer fermentar la glucosa, ho fan els enzims.

Glucòlisi: glucosa → piruvat (citoplasma)
Descarboxilació oxidativa : Piruvat → Acetil-CoA (mitocondris)
Cicle de Krebs: Acetil-Coa → ATP + elements bàsics per a transport i biosíntesi. (aminoàcids, vitamines com a auxiliars)
Cadena respiratòria i Fosforilació oxidativa [en les darreres dues etapes, Oxidació amb O₂ de l’acetil-Coa a H₂O i CO₂]

Fisiologia vegetal

Nutrició. Les plantes necessiten

aigua
gasos com O₂ i CO₂
nitrògen (nitrats → metabolisme del nitrogen)
fòsfor (fosfats → ATP i àcids nucleics)
sofre (sulfats → aminoàcids que contenen S) per als processos orgànics
una sèrie de components minerals (anions i cations) que formen part d’alguns enzims, processos de transport i estructura del citoplasma. K+ i Ca++ intervenen inflant i desinflant citoplasma. Mg++, Mn++, Fe++ són necessaris per alguns enzims i citocroms de la fotosíntesi.

Transport
(A.289) Les sals minerals i l’aigua són absorbides per les arrels mitjançant osmosi (deixa entrar aigua i solvent i només deixa sortir aigua). Aquestes substàncies s’han de transportar als llocs de producció i magatzem (ràpid 95%) i del magatzem als llocs de consum (lent 5%). El transport a curta distància es fa a través dels espais intercelul·lars i el protoplasma comú a totes les cèl·lules. (A.288) fins que s’arriben a les conduccions especialitzades en conducció (xilema i floema).
Xilema: Transport general de líquid, aigua i minerals de les arrels a les fulles. Entren per osmosi a les arrels i es transporta cap amunt per capilaritat a través dels vasos del xilema. (Strasburger 1891), evaporació a les fulles segons el nombre d’estomes (Garreu 1849) Les fulles cedeixen vapor d’aigua provocant una succió que arriba als 40 bars i que pot ser prou com per impulsar-la fins a 140 m.
Floema. Com es fa arribar a tot l’organisme els nutrients [equivalent a la circulació de la sang]? Hi ha un altre sistema de vasos, el floema, per on circulen els sucres des de llocs d’alta pressió, com les fulles, a llocs de baixa pressió, com les arrels. (Münch ∼1930, i més tard Sussex i Sadava el 1983). Els espais intercel·lulars permeten l’intercanvi de gasos per simple difusió. Nutrients. (1930 Ernst Munch) . DK 154

Excreció
(A.295) A part de l’aigua s’eliminen excés d’hidrats de carboni mentre que no hi ha un mecanisme d’excreció de nitrogen com la urea en els animals degut a que les plantes gairebé sempre són deficitàries en Nitrogen. Algunes substàncies com olis, resines i cautxú surten de les cèl·lules i queden guardats en bosses (explotació comercial).

Fisiologia animal

Cal un entorn amb nutrients vegetals. Els heteròtrofs necessiten aminoàcids que no són capaços de sintetitzar, hidrats de carbó (glucosa) o greixos com a combustible energètic, components inorgànics com Na, K, Ca, Mg, Cu, per processos nerviosos, enzims, i vitamines per sintetitzar enzims. La digestió intracelular (protozous i cèl·lules fagocitàries) té una fase àcida on l’aliment es descompon en components que seran incorporats o expulsats per excreció.

Digestió extracelular
Als annèlids, artròpodes i vertebrats l’especialització cèl·lular permet una digestió extracelular (A.284 B) on els aliments recorren un tub on van essent transformats fins a la seva incorporació o excreció: digestió bucal (trituració+saliva), digestió gàstrica (àcid clorhídric i altres a la paret de l’estómac que descomponen les proteïnes i mata els bacteris), digestió intestinal (midó a glucosa, proteïnes a polipèptids, greixos a àcids grassos) mitjançant la secreció alcalina del pàncrees. La bilis del fetge activa els moviments de l’intestí col.laborant al procés. Els resultats de la digestió de baix pes molecular són absorbides a l’intestí (a.enteral) afavorides per les vellositats i moviments de l’intestí estret. S’anomena metabolisme basal a la producció d’energia necessària per mantenir les funcions vitals en estat de repòs (5800-8400 kJ a l’home segons edat, pes i sexe) i depèn de la massa segons M0.73 (més un ratolí que un elefant).
- Proteïnes: la pepsina a l’estómac talla les proteïnes en pèptids. A l’intestí prim s’acaben de dividir en aminoàcids.
- Hidrats de carbó: la amisala de la saliva degrada el midó a maltosa. A l’intestí prim de maltosa a glucosa.
- Greixos (lípids): intestí prim, la lipasa pancreàtica passa als quilífers [?]
- Fibra: passa de llarg i s’acumula a l’intestí gruixut.
- Aigua: Se n’absorbeix una mica a l’estómac i intestí prim; la majoria a l’intestí gruixut.
- Vitamines liposolubles (A, D, K): Intestí prim amb la bilis del fetge es preparen. Al gruixut bacteris generen la K i s’absorbeixen totes.
- Vitamines hidrosolubles: s’absorbeixen als intestins prim i gruixut.
- Minerals (Fe, Na, Ca): S’absorbeixen a l’intestí prim.

Excreció
S’expulsen productes metabòlics sobrers o tòxics i es defequen substàncies no digeribles (no arriben a entrar en el procés). Entre els primeres s’eliminen sense transformar el CO₂ i NH₃, àcids grassos i aminoàcids quan estan en concentracions elevades, s.actives i toxines mentre que el nitrogen requereix la preparació d’àcid úric enzimàticament i amb despesa d’energia. Mentre els mesozous i celenterats expulsen els productes sense intervenció d’òrgans, els animals superiors han desenvolupat els ronyons on es genera l’orina (amb els productes de deixalles) que serà traspassada als conductes urinaris. El CO₂ és eliminat pels pulmons, la suor elimina sals inorgàniques i les brànquies dels peixos l’excés de sal.

Respiració
Els unicelul·lars han d’estar en contacte amb l’oxigen per dur a terme la respiració que els dóna l’energia necessària. Els animals superiors han desenvolupat un sistema de transport eficaç que manté les cèl·lules en estat permanent de saturació de O₂. El gas es transmet per difusió ajudat per moviments (brànquies de crustacis, compressió i expansió d’òrgans en caragols pulmonats, insectes i vertebrats) i passa a l’organisme a través d’un sistema traqueal (insectes) o circulatori (vertebrats).

Transport
Procés pel qual es posa en contacte els diferents òrgans a través del sistema circulatori, sang. Els nutrients de la digestió (sucre), i O₂ (hemoglobina) de la respiració són transportats a les cèl·lules on té lloc el metabolisme que allibera CO₂ i deixalles. Aquestes són transportades als pulmons i sistema excretor. Funció d’immunologia ( leucocits ) protecció de coagulació ( trombocits ).
Als celenterats el transport es fa pels espais intercelul·lars i a través de les cèl·lules. Els animals superiors han desenvolupat un sistema de vasos sanguinis que en els insectes és obert i en els annèlids i vertebrats és tancat. El sistema de vasos capil·lars (diàmetre de 5-10μm ) intercanvia CO₂ i O₂ als pulmons, i cedeix productes residuals als òrgans excretors. El líquid intersticial és substituït per plasma nou sanguini i queda acumulat a les vies limfàtiques on va a parar a les venes. El líquid és impulsat pel cor. [En el líquid intersticial que envolta la cèl·lula, com se separen en artèries i venes el que és aliment del que és deixalla?]
Sang. El transport de substàncies a través de la xarxa de vasos sanguinis acompleix funcions de respiració, nutrició-excreció, amortiguació (regulació concentració H+), cessió de calor i immunobiologia. Consta d’unes cèl·lules [carros de transport, arteria autopista] leucocits (immunologia i reparació, originats al teixit conjuntiu), trombocits o plaquetes (coagulació) i eritrocits o glòbuls rojos (produïts a la medul·la òssia, cèl·lules contenint molta hemoglobina, proteïna amb ferro que fixa l’oxigen). En la respiració l’aire captat pels pulmons es difon en la sang, queda fixat a l’hemoglobina i és alliberat al plasma quan troba molta concentració de CO₂. Aquest es dissol a la sang en forma de HCO₃– la qual cosa suposa una acumulació d’àcids a la sang que és compensada amb l’aportació de bases (amortiguació). La funció de la sang és tan important que els organismes superiors han desenvolupat un sistema de coagulació per evitar pèrdues en cas de ferida (trombocits). També hi ha un sistema de defensa contra microorganismes nocius com la secreció de lisozima, els interferons i cèl·lules fagocitàries, alhora que hi ha també una defensa cel·lular específica en els vertebrats (en l’organisme humà el sistema immunitari pesa un kg i té 10²⁰ anticossos) que consisteix en la generació dels enzims específics per destruir el cos detectat com a estrany. L’al·lèrgia és una reacció immunitària inadequada. Quan la sang roba cèl·lules amb el nivell d’oxigen baix, l’hemoglobina els el cedeix. L’energia de la respiració es fa servir per la divisió cel·lular, construcció de proteïnes i DNA i transport.

Músculs
Es contrauen per l’acció de dues proteïnes la miosina (Kühne 1864) i l’actina (Halliburton 1887). 1954 Andrew Huxley i Jean Hanson mostren que als músculs, els filaments de la proteïna actina llisquen sobre la miosina per contraure’l tot consumint energia ATP.)
En repòs els filaments fins de l’actina se superposen una mica sobre els de la miosina. Quan es rep un senyal nerviós, els filaments d’actina llisquen sobre la miosina escurçant el múscul i consumint energia ATP.