El intercambio de gases, Difusión, En los seres humanos, En las plantas, En los peces, Resumen de los sistemas principales, Otros ejemplos



El intercambio de gases es un proceso biológico a través del cual los diferentes gases se transfieren en direcciones opuestas a través de una superficie respiratoria especializada. Los gases se requieren constantemente y se producen como un subproducto de las reacciones celulares y metabólicos para un sistema eficiente para su intercambio es extremadamente importante. Está relacionada con la respiración en los animales, y tanto la respiración y la fotosíntesis en las plantas.

En la respiración, el oxígeno es necesario para entrar en las células, mientras que el dióxido de carbono de residuos deben ser retirados - lo contrario es cierto para la fotosíntesis, donde el CO2 entra a las plantas y el O2 es liberado. El intercambio de gases se produce esencialmente como resultado de la difusión por un gradiente de concentración - moléculas del gas se mueven de un área de alta concentración? baja concentración.

Difusión

Difusión sigue Ley Ficks. Se trata de un proceso pasivo afectada por factores tales como:

  • El área de superficie disponible
  • La distancia de las moléculas de gas deben difundirse a través de
  • El gradiente de concentración

Los gases deben primero disolver en un fluido con el fin de difundir a través de una membrana por lo tanto, todos los sistemas de intercambio de gas requieren un ambiente húmedo.

En los organismos unicelulares difusión puede ocurrir directamente a través de la membrana celular, como organismos aumentan de tamaño lo mismo ocurre con los gases de distancia deben atravesar. Su área de superficie en relación al volumen también disminuye. Difusión por sí sola no es lo suficientemente eficiente y se requieren sistemas respiratorios especializados. Este es el caso de los seres humanos y peces donde los sistemas circulatorios han evolucionado: Estos son capaces de transportar los gases a y desde la superficie respiratoria y mantener un gradiente de concentración continuo.

En los seres humanos

Tanto oxígeno y dióxido de carbono se transportan alrededor del cuerpo en la sangre - a través de las arterias, venas y capilares. Se unen a la hemoglobina en las células rojas de la sangre, aunque este es más eficaz con el oxígeno. El dióxido de carbono también se disuelve en el plasma o se combina con agua para formar iones de bicarbonato. Esta reacción es catalizada por la enzima anhidrasa carbónica en las células rojas de la sangre:

  • CO2 H2O? H2CO3
  • H2CO3? H HCO-3

 La superficie de las vías respiratorias principales en los seres humanos son los alvéolos. Los alvéolos son pequeños sacos de aire se ramifican a partir de los bronquios en los pulmones. Ellos son de una sola célula de espesor y proporcionan un área de superficie húmeda y extremadamente grande para el intercambio de gases que se produzca. Los capilares que llevan sangre oxigenada desde la carrera a través de la arteria pulmonar alvéolos - también son muy finas, así que del total de los gases de distancia deben difundirse a través de sólo alrededor de 2-células de espesor.

Oxígeno inhalado es capaz de difundirse en los capilares de los alvéolos, mientras que el dióxido de carbono de la sangre se difunde en la dirección opuesta en los alvéolos. El dióxido de carbono residual puede entonces ser exhalado fuera del cuerpo. El flujo de sangre continuo en los capilares, así como la respiración constante mantiene un gradiente de concentración excesivo.

Variando respuesta

Durante el ejercicio físico el exceso de dióxido de carbono se produce como resultado del aumento de la respiración: Esto debe ser eliminado y los músculos y las células requieren aumento de oxígeno. El cuerpo responde a este cambio mediante el aumento de la tasa de respiración, por lo tanto, maximizar la tasa de permitir el intercambio gaseoso.

En las plantas

Aire difunde directamente en y fuera de las plantas a través de los poros en la parte inferior de las hojas conocidas como estomas. Los estomas son controlados por células de guarda. Cuando las células de guarda son los estomas están abiertos erecto, cuando están flácidos estomas se cierran y el intercambio gaseoso no puede tener lugar. La superficie respiratoria principal es que las células del mesófilo esponjoso dentro de la hoja. Ellos tienen grandes espacios de aire y por lo tanto proporcionan una gran superficie para el intercambio gaseoso. Las hojas también son muy delgadas por lo que la distancia de difusión es pequeña.

Durante la fotosíntesis día se produce a un ritmo más rápido que la respiración por lo que hay una absorción total de CO2 y la liberación de O2. Por la noche, esto es al revés como la fotosíntesis se detiene la respiración y sólo puede tener lugar.

En los peces

Los peces deben extraer el oxígeno disuelto en el agua, no el aire, lo que ha llevado a la evolución de las branquias y los opérculos. Las branquias son los órganos especializados que contienen filamentos y cruzadas - las láminas contienen capilares y proporcionar una gran superficie y poca distancia de difusión, ya que son extremadamente delgadas.

El agua se extrae a través de la boca y pasa por encima de las branquias en una dirección, mientras la sangre fluye a través de las laminillas en la dirección opuesta - esta corriente contador mantiene un gradiente de concentración empinada. O2 es capaz de difundir continuamente hacia abajo de su gradiente en la sangre y el CO2 en el agua.

Resumen de los sistemas principales

Otros ejemplos

Los insectos tales como grillos no tienen un esqueleto interno de cambio para los gases a través de estructuras conocidas como tráquea y traqueolas: Estas son tubos que se ejecutan directamente en el cuerpo del insecto. El aire entra en la tráquea a través de válvulas conocidos como espiráculos y difusión a continuación, puede ocurrir directamente en los tejidos que respiran.

Los anfibios son capaces de utilizar su piel como superficie de las vías respiratorias, así como tener los pulmones y, a veces branquias.