Procesos Biológicos

El significado de los procesos biológicos

Cada organismo puede regular sus procesos biológicos, como el crecimiento, la nutrición y los patrones de respiración. En biología, el método de ingerir los nutrientes necesarios de los alimentos se denomina asimilación. "Asimilamos" los alimentos por medios físicos (masticación) o químicos (proteínas como las enzimas y los ácidos estomacales).

Los Autótrofos, como las Plantas, "asimilan" sus nutrientes mediante la Fotosíntesis u otros recursos inorgánicos. La fotosíntesis es un proceso biológico mediante el cual las Plantas utilizan la energía luminosa para convertir el dióxido de carbono y el agua en glucosa. La glucosa es un azúcar simple o hidrato de carbono que los consumidores o Heterótrofos pueden utilizar para obtener energía química.

LosHeterótrofos, como nosotros los humanos, "asimilamos" nuestros nutrientes mediante la Respiración celular. La respiración celular es el proceso por el que la glucosa se convierte en ATP. El ATP, o fosfato de adenosina, es un compuesto orgánico que proporciona a las células una forma utilizable de energía.

Los compuestosorgánicos son compuestos químicos formados por carbonos unidos a elementos como el hidrógeno, el oxígeno y el nitrógeno. El carbono es vital para la vida porque puede formar enlaces rápidamente con muchos otros elementos, lo que le permite ser el componente básico de las macromoléculas.

Lasmacromoléculas son moléculas gigantes que se forman cuando se unen moléculas más pequeñas.

Procesos biológicos - Ejemplos

Hay muchos ejemplos de procesos biológicos a nuestro alrededor. Muchos de estos procesos ocurren tanto dentro como fuera de tu cuerpo. La homeostasis, la organización, el metabolismo, la respuesta a estímulos, la reproducción y la interacción entre organismos son ejemplos de procesos biológicos. Veamos dos procesos con los que quizá ya estés familiarizado.

La homeostasis es la forma en que nuestro cuerpo regula el medio interno para mantener un estado constante. Esto depende de un bucle de Retroalimentación Negativa que desencadena una respuesta cuando nuestro entorno interno sufre demasiados cambios. Un ejemplo tangible de esta regulación sería la sudoración. Cuando la temperatura central de nuestro cuerpo sube demasiado, se envía una señal a las glándulas sudoríparas para que se activen. Cuando el sudor se evapora, nuestra piel, y la Sangre que fluye por ella, se enfrían y bajan la temperatura corporal.

Otro ejemplo de homeostasis sería el mantenimiento por nuestro cuerpo de los niveles de glucosa en sangre. La insulina y el glucagón son los controladores del nivel de glucosa en sangre. Después de comer, nuestro cuerpo produce insulina, que reducirá los niveles de glucosa en sangre. Cuando llevamos un rato sin comer, nuestro cuerpo produce glucagón, que eleva los niveles de glucosa en sangre. La diabetes es una enfermedad que se produce cuando se rompe este bucle de retroalimentación en forma de una secreción deficiente de Insulina, lo que provoca un aumento de los niveles de glucosa en sangre.

El último ejemplo que trataremos es la Reproducción. Todo organismo vivo de este planeta resulta del proceso reproductivo, ya sea reproducción sexual o asexual. La reproducción asexual es cuando un organismo hace un clon o una versión muy parecida de sí mismo sin reproducción sexual con otro organismo. La reproducción sexual se produce cuando dos organismos compatibles se unen y crean un cigoto fecundado. Este cigoto es la descendencia de los padres y llevará el material genético de ambos organismos progenitores.

Procesos biológicos microbianos

Los procesos biológicos microbianos son procesos que los microbios necesitan para sobrevivir o mantenerse con vida. Las bacterias aerobias necesitan oxígeno para sobrevivir, mientras que las anaerobias no. También hay bacterias anaerobias facultativas que idealmente preferirían crecer en presencia de oxígeno, pero que no lo necesitan para sobrevivir.

Las bacterias también pueden agruparse según la forma en que obtienen los nutrientes:

Las heterótrofas son consumidoras que reciben energía de la descomposición de compuestos orgánicos complejos. Ejemplos de bacterias heterótrofas son las descomponedoras y las que dependen de la respiración aeróbica o anaeróbica y de la fermentación.

Losdescomponedores, o detritívoros, son organismos, como los hongos y las bacterias, que descomponen organismos muertos.

Losautótrofos son productores que obtienen su energía o nutrientes de fuentes inorgánicas. Ejemplos de autótrofos son los fotoautótrofos, que reciben sus nutrientes de la energía luminosa, y los quimioautótrofos, que reciben nutrientes de la oxidación de compuestos inorgánicos.

Trataremos los fotoautótrofos con más detalle en la sección llamada "procesos biológicos en las plantas". En cuanto a los quimioautótrofos, algunos de los ejemplos más importantes son las bacterias fijadoras de nitrógeno, que son bacterias implicadas en el ciclo del nitrógeno.

El nitrógeno es esencial para los organismos vivos, ya que está en las estructuras de las proteínas y los ácidos nucleicos, como el ADN. El ADN, o ácido desoxirribonucleico, es el material genético de los organismos vivos. El nitrógeno también es esencial, ya que se considera un nutriente limitante.

Losnutrientes limitantes son nutrientes necesarios para el crecimiento y desarrollo de los organismos vivos que escasean en el medio ambiente. Esto significa que la falta de estos nutrientes limitantes, como el nitrógeno, puede impedir o limitar un mayor crecimiento en los ecosistemas.

Las bacterias desempeñan papeles cruciales en el ciclo del nitrógeno porque, aunque otros organismos vivos lo necesitan, no pueden convertir el gas nitrógeno, o \((N_2\)), en una forma que nos sea útil.

Las etapas del ciclo del nitrógeno se ilustran en la Figura 1:

1. Fijación del nitrógeno: el gas nitrógeno o nitrógeno atmosférico \((N_2\)) es transformado en amoníaco \((NH_3)\) por bacterias fijadoras de nitrógeno como Rhizobium. El amoníaco es una forma utilizable de nitrógeno que se fija en el suelo o en medios acuáticos normalmente.

2. Nitrificación: Durante la nitrificación, el amoníaco es transformado en nitrito \((NO_{2}^-\)) y después en nitrato \((NO_{3}^-\)) por bacterias del suelo como las Nitrosomonas. Esto se debe a que el amoníaco es tóxico para las plantas y otros organismos.

3. Asimilación: Durante la asimilación, las plantas, los hongos y determinadas bacterias asimilan o toman principalmente nitrato \((NO_{3}^-\)) del suelo. A veces también pueden absorber amonio ((NH_{4}^+)\N). Los animales introducen nitrógeno en su organismo consumiendo organismos como las plantas, lo que los convierte en heterótrofos.

4. Amonificación: La amonificación es el proceso por el que los descomponedores descomponen organismos muertos, como plantas y animales. Este proceso da lugar a amonio \((NH_{4}^+)\) y amoníaco \((NH_3)\).

5. Desnitrificación: Durante la desnitrificación, el nitrato y el nitrito suelen convertirse en nitrógeno gaseoso o \((N_2\)). Esto permite que el nitrógeno vuelva a la atmósfera. De ahí que el proceso de adquisición de nitrógeno sea un ciclo.

Figura 1: Ciclo del nitrógeno ilustrado. Wikimedia, EPA.

Procesos biológicos - El ciclo del carbono

El ciclo del nitrógeno no es el único ciclo importante necesario para nuestra supervivencia. Otro ciclo biológico vital es el ciclo del carbono.

El ciclo del carbono es esencial, ya que controla la temperatura de la Tierra, compone macromoléculas vitales como los carbohidratos e implica procesos biológicos cruciales, como la fotosíntesis y la respiración celular.

El ciclo del carbono puede controlar la temperatura de la Tierra mediante los gases de efecto invernadero.

El dióxido de carbono \((CO_2)\) es un gas de efecto invernadero importante, y la quema de carbono lo produce. Sin los gases de efecto invernadero, nuestra Tierra carecería de calor y estaría helada.

Las etapas del ciclo del carbono son:

1. Las plantas toman el carbono de la atmósfera mediante la fotosíntesis. Repasaremos la fotosíntesis en el siguiente apartado.

2. Los animales consumen las plantas haciendo que el carbono pase de las plantas a los Animales.

3. Cuando las plantas y los animales mueren, se descomponen, haciendo que el carbono vuelva a la atmósfera. Los organismos vivos también pueden liberar carbono a la atmósfera mediante la respiración celular.

4. El carbono que no se libera a la atmósfera se convierte en combustibles fósiles. Por eso se libera carbono a la atmósfera cuando se queman combustibles fósiles. La quema excesiva de combustibles fósiles para obtener energía ha provocado el calentamiento global.

5. El océano absorbe carbono de la atmósfera, actuando como sumidero de carbono. Esto hace que el carbono se disuelva en el agua.

6. El carbono también puede liberarse al océano por la meteorización de las rocas. El carbono suele eliminarse del agua oceánica cuando la piedra caliza se deposita en el fondo del océano. La piedra caliza procede de conchas y huesos de animales marinos. Este carbono puede liberarse a la atmósfera normalmente una vez que la piedra caliza se funde.

La figura 2 muestra cómo funciona el ciclo del carbono y cuánto carbono se intercambia. El flujo de carbono o las cantidades de carbono intercambiadas suelen medirse en unidades de gigatoneladas al año o GtC/año.

Figura 2: Ilustración del ciclo del carbono. Wikimedia, NASA.

Procesos biológicos en las plantas

Las plantas tienen su propio conjunto de procesos biológicos y algunos de ellos también los comparten con nosotros. Algunos procedimientos primarios son el crecimiento y el desarrollo, la fotosíntesis, la respiración y la transpiración.

La fotosíntesis es un proceso crucial, ya que libera oxígeno como subproducto. Alrededor del 50% al 80% del oxígeno que respiramos en el mundo procede del fitoplancton oceánico y de las plantas marinas. Aunque las plantas terrestres también producen oxígeno; por ejemplo, las selvas tropicales producen alrededor del 28% del oxígeno mundial.

Las plantas verdes que no se encuentran en el agua se llaman plantas terrestres o embriofitas. Son las plantas terrestres y en las que pensamos cuando hablamos de plantas. Las angiospermas, o plantas con flores, son las plantas terrestres más comunes. Están formadas por plantas como rosas, orquídeas, margaritas, etc.

Las plantas marinas y el fitoplancton se distribuyen por una superficie mayor que las plantas terrestres, simplemente porque el océano cubre alrededor del 70% de nuestra superficie terrestre en comparación con la tierra.

Las plantas son esenciales porque proporcionan energía y oxígeno a consumidores como nosotros. Esto significa que su supervivencia es esencial para nosotros. Para que las plantas prosperen, necesitan poder crecer y desarrollarse.

El proceso general de crecimiento y desarrollo de las plantas es la embriogénesis, la germinación de las semillas, la etapa vegetativa, la etapa reproductiva y las etapas de maduración.

Todas las semillas contienen embriones situados en su interior, y una cubierta dura llamada envoltura de la semilla los protege.

Lagerminación de las semillas se ocupa del brote de las semillas y se produce cuando hay condiciones favorables de luz, calor y agua.

• La etapa vegetativa implica el crecimiento de tallos, hojas y raíces. Durante la etapa vegetativa, las plantas también realizan la fotosíntesis para obtener recursos y estar listas para la siguiente etapa.

• La etapa reproductiva se produce cuando la planta madura y está preparada para producir flores y frutos.

• En la etapa de floración es cuando las plantas suelen ser polinizadas.

• Lamaduración es la etapa en la que crecen o maduran los vegetales o los frutos. Producen estos frutos para que los animales se los coman y distribuyan su semilla para que el ciclo vuelva a empezar.

• Latranspiración es el proceso por el que el agua viaja a través de una planta y se evapora de los tallos, las flores y las hojas.