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Lesson 3.3Cellular Respiration, Growth, and Repair

MetabolismLesson Guides

Lesson 3.3

© The Regents of the University of California

1

74 Metabolism—Lesson 3.3—Activity 1

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Warm-Up

Use the Metabolism Simulation to observe what happens with amino acid molecules inside a cell of a healthy body.

1. Select HEALTHY BODY and then select OBSERVE.

2. Feed the body three sandwiches.

3. Zoom in to see what is happening inside the cell by pressing the yellow box (Cells in the Body) and then pressing the magnifying glass.

4. Observe closely and then answer the questions.

What did you notice happening with the amino acid molecules in the cell?

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In the cell, amino acid molecules combine to form ____________________. (check one)

fiber molecules

protein molecules

water molecules

starch molecules

© 2018 The Regents of the University of California. All rights reserved. Permission granted to photocopy for classroom use.

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Metabolism—Lesson 3.3—Activity 2

Reading "Growth and Repair”

Read and annotate the “Growth and Repair" article. After you read, discuss the following questions with your partner.

• What surprised you about this article?

• How are amino acid molecules used in cellular growth and repair?

• How are glucose and oxygen molecules used in cellular growth and repair?

Active Reading Guidelines

1. Think carefully about what you read. Pay attention to your own understanding.

2. As you read, annotate the text to make a record of your thinking. Highlight challenging words and add notes to record questions and make connections to your own experience.

3. Examine all visual representations carefully. Consider how they go together with the text.

4. After you read, discuss what you have read with others to help you better understand the text.


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Metabolism—Lesson 3.3—Activity 5

Homework: Reading “The Big Climb”

Read and annotate the “The Big Climb: A Story in Large and Small Scale” article. Then, choose an example from the article that shows what is happening to the rock climbers’ bodies at the large scale. Describe what is happening to rock climbers’ body systems and cells at the small scale.

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Find a part of the article that describes signals that are sent within Diego’s body. Where does the signal come from, and how does it cause Diego to feel or react?

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Active Reading Guidelines

1. Think carefully about what you read. Pay attention to your own understanding.

2. As you read, annotate the text to make a record of your thinking. Highlight challenging words and add notes to record questions and make connections to your own experience.

3. Examine all visual representations carefully. Consider how they go together with the text.

4. After you read, discuss what you have read with others to help you better understand the text.


Growth and Repair O1

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Growth and RepairCellular GrowthWhat does it mean to grow? For a body to grow, its systems and organs need to grow, too—and that growth all happens on a tiny scale at the cellular level. Cells are always making new proteins, growing, and dividing to make more cells. This is what makes bodies grow over time. You may not be able to watch a person getting taller, but through a microscope, you could watch his or her cells dividing to make more cells. When millions of healthy cells grow and divide to make millions more cells, the whole body grows.

Repair Is Really GrowthWhen you’re recovering from an injury or just healing from a cut, you’re actually growing— at least on a cellular level. The body repairs itself by growing the new cells and cell parts needed to fix damaged ones. Individual cells get old and die, and need to be replaced by new cells. Cellular growth is always happening, even in adults—who may not be getting taller anymore, but still need to grow new cells to replace old ones and repair damaged ones.

What Cells Need for Growth and Repair To grow and repair themselves, cells combine amino acid molecules to form larger protein molecules. Those new proteins build new cells and cell parts. Growth and repair also require energy, so cells also need glucose and oxygen to release energy for these important functions.

When the body grows or repairs itself, cells divide into more cells.

The Big Climb P1

The Big ClimbA Story in Large and Small Scale

Diego and Gabe stand by a tree at the bottom of a huge cliff. The rock goes up for hundreds of feet above them. By tomorrow, the brothers plan to be standing at the top, looking back

down at this tree. First they’ll need to haul themselves, their gear, and all their food and water up the rock. Diego is excited to go on his first overnight climb with his older brother. They’ll sleep tonight on a special tent platform part of the way up, then finish the climb to the top tomorrow morning. Diego and Gabe have been planning for this trip for months by training in the gym and outdoors.

7:46 a.m.: Getting readyWhat’s happening at a large scaleThis morning, Diego and Gabe filled up on big bowls of oatmeal and nuts for breakfast. Their meal had plenty of starch, and some protein as well. Standing at the bottom of the cliff, Diego stretches and takes a deep breath.

What’s happening at a small scaleDiego’s metabolism is already going strong, even though he hasn’t started the climb. The food that Diego ate for breakfast is travelling

Diego and Gabe prepare to begin climbing after months of training.

Diego’s body uses glucose and oxygen to release the energy he needs to climb.

oxygen entering the blood

starch molecules breaking down into glucose

blood transporting oxygen and glucose

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P2 The Big Climb

Each muscle is made of muscle tissue which is made of lots of muscle cells.

view of the muscles inside Diego’s arm

muscle tissuemuscle cell

through his digestive system. Digestive enzymes are breaking down starch molecules from the food into glucose molecules and breaking down protein molecules into amino acid molecules. Some of the molecules are already moving into Diego’s blood in his circulatory system. As Diego breathes in, oxygen enters his respiratory system and passes from his lungs into his blood. Diego’s cells are going to need these molecules as he climbs the cliff.

9:13 a.m.: Reaching the first ledgeWhat’s happening at a large scaleDiego starts climbing up toward his brother, who went first and is waiting for him on the first rock ledge. Diego grabs handholds and pulls himself up. He reaches high for a small crack in the rock, and braces himself as he pushes with his legs. His leg and arm muscles feel like they are burning as he climbs up and up. The last move is the hardest, but Diego does it, then sits on the ledge by his brother, breathing hard. “Nice work!” says Gabe, “About twenty more climbs like that, and we’ll be at the top.”

Diego’s muscles work hard as he climbs up the rock wall.

When Diego moves his arm, the muscles in his arm move. When the muscles in his arm move, every cell in his arm muscles moves. T

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The Big Climb P3

What’s happening at a small scaleAs Diego reaches for a handhold and pulls himself up, the muscles in his arm pull on his bones to make the movements happen. Diego’s muscles are made of muscle tissue, and muscle tissue is made of tiny muscle cells. For Diego’s muscles to move, each muscle cell has to move. The movements of billions of muscle cells add up to Diego’s move on the rock.

Each muscle cell needs to release energy to move. Energy is released inside parts of the cells called mitochondria. Inside the mitochondria, when glucose molecules and oxygen molecules combine in a chemical reaction called cellular respiration, energy is released. The cells in Diego’s muscles bring in oxygen and glucose from his blood. The cells use up these molecules quickly, and they send signals telling his brain they need more. These signals cause Diego to breathe faster and make him start to feel hungry.

1:17 p.m.: A big decisionWhat’s happening at a large scaleThey’ve made it past the halfway point. Diego pauses to put some chalk on his hands and calls out to Gabe. They’ve been taking turns leading and following. Now Diego is in the lead, searching for footholds and handholds as he climbs. Diego has to decide where to put the next piece of equipment that will hold their rope. He sees two small cracks in the rock that might work, but he’s not sure which is better. If he chooses the wrong one, and he falls, the equipment could come loose, and that would be bad—very bad.

Diego looks closely at the two cracks and feels them with his fingers, trying to decide. It’s hard to concentrate. Diego takes a deep breath. He looks again, and now he’s sure: the crack on the left is perfect. He puts in the piece of equipment and attaches the rope.

In the mitochondria, glucose and oxygen combine to form carbon dioxide and water, releasing energy. This process is called cellular respiration.

As Diego thinks, cells in his brain send signals back and forth. This takes energy! That’s why his brain cells need lots of oxygen for cellular respiration.

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P4 The Big Climb

What’s happening at a small scaleAs Diego looks at and feels the rock, sensory receptors in his eyes and fingers gather information about what the rock looks like and feels like. The sensory receptors send signals to Diego's brain cells. These signals are messages that help Diego figure out what to do next. As Diego thinks, more signals move from one brain cell to another. Each signal takes energy to send. The energy is released by cellular respiration in Diego’s cells. Diego might have had trouble concentrating because his brain cells were running low on the glucose or oxygen needed to release energy. Brain cells actually release and use twice as much energy as any other kind of cell in the body! Taking a deep breath brought more oxygen to Diego’s brain cells.

6:23 p.m.: Staying warm at nightWhat’s happening at a large scaleDiego and Gabe have set up a special tent platform that’s attached to the cliff—tonight they’ll sleep hundreds of feet up! They are close to the top, but the sun is starting to set and they can’t climb in the dark. Diego feels hungrier than he ever has in his life. Who knew instant noodles could taste so good? Now the sun is down and it’s cold. Diego and Gabe get into their sleeping bags in their tent. Diego shivers, his whole body shaking. But soon he feels warm and falls asleep, dreaming of ropes and rock.

What’s happening at a small scaleAs Diego shivers, his muscles shake with tiny movements. These movements warm up his body. Each muscle cell that moves releases energy through cellular respiration. These cells use glucose from his dinner and oxygen from his breath. All night, as Diego sleeps, his metabolism continues to work. His cells don’t use as much oxygen and glucose as they did during the day, but they still release energy for pumping blood, digesting the rest of his dinner,

Gabe is shivering just like Diego. Cells all over his body are releasing energy to keep warm, digest his dinner, and do all the other things cells need to do.

All the time, mitochondria in cells all over the body are taking in oxygen and glucose and releasing energy through cellular respiration.

keeping warm, repairing small injuries, and even dreaming.

11:34 a.m.: The topThe next day, after a morning of climbing, Gabe and Diego reach the top. They look down at the tree where they started, which now looks as small as a pin. It is a huge accomplishment, and all thanks to invisible actions inside their bodies and cells.

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Metabolismo—Lección 3.3—Actividad 1

Calentamiento

Usa la Simulación Metabolismo para observar qué sucede con las moléculas de aminoácidos dentro de una célula de un cuerpo sano.

1. Selecciona “HEALTHY BODY” (Cuerpo Sano) y luego selecciona “OBSERVE” (observar).

2. Alimenta el cuerpo con tres sándwiches.

3. Agranda la pantalla para ver lo que está sucediendo dentro de la célula. Oprime la caja amarilla que dice “Cells in the Body” (células del cuerpo) y luego oprime la lupa.

4. Observa cuidadosamente y luego contesta las preguntas.

¿Qué notaste que sucediera con las moléculas de aminoácidos en la célula?

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En la célula, las moléculas de aminoácidos se combinan para formar ____________________________. (marca una)

moléculas de fibra

moléculas de proteína

moléculas de agua

moléculas de almidón

© 2018 The Regents of the University of California. All rights reserved.

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Leer “Crecimiento y reparación”

Lee y añade apuntes al artículo “Crecimiento y reparación”. Después de leer, discute las siguientes preguntas con tu compañero/a.

• ¿Qué te sorprendió sobre este artículo?

• ¿Cómo son usadas las moléculas de aminoácidos en el crecimiento celular y la reparación celular?

• ¿Cómo son usadas las moléculas de glucosa y oxígeno en el crecimiento celular y la reparación celular?

Pautas de la Lectura Activa

1. Piensa cuidadosamente sobre lo que lees. Presta atención a tu propia comprensión.

2. Mientras lees, añade apuntes al texto para tener un registro de tus ideas. Destaca las palabras difíciles, y agrega notas para apuntar tus preguntas y hacer conexiones con tu propia experiencia.

3. Examina cuidadosamente todas las representaciones visuales. Considera cómo se relacionan con el texto.

4. Después de leer, discute lo que leíste con otros/as estudiantes para ayudarte a comprender mejor el texto.


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Tarea: leer “El gran ascenso”

Lee y añade apuntes al artículo “El gran ascenso: una historia en escala grande y pequeña”. Luego, elige un ejemplo del artículo que muestre lo que les está pasando a los cuerpos de los escaladores de rocas en la escala grande. Describe lo que les está pasando en la escala pequeña a los sistemas del cuerpo y las células de los escaladores.

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Encuentra una parte del artículo que describa una señal enviada dentro del cuerpo de Diego. ¿De dónde viene la señal, y cómo causa que Diego se sienta o reaccione?

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Pautas de la Lectura Activa

1. Piensa cuidadosamente sobre lo que lees. Presta atención a tu propia comprensión.

2. Mientras lees, añade apuntes al texto para tener un registro de tus ideas. Destaca las palabras difíciles, y agrega notas para apuntar tus preguntas y hacer conexiones con tu propia experiencia.

3. Examina cuidadosamente todas las representaciones visuales. Considera cómo se relacionan con el texto.

4. Después de leer, discute lo que leíste con otros/as estudiantes para ayudarte a comprender mejor el texto.


Crecimiento y reparación O1

Crecimiento y reparaciónCrecimiento celular

¿Qué significa crecer? Para que un cuerpo crezca, sus sistemas y órganos necesitan crecer también. Ese crecimiento tiene lugar a una escala diminuta, a nivel celular. En cada momento, las células están haciendo nuevas proteínas, creciendo y dividiéndose para formar más células. Esto es lo que hace que los cuerpos crezcan con el tiempo. Quizá no puedas observar cómo una persona crece más de estatura, pero con un microscopio podrías observar cómo sus células se dividen para formar más células. Cuando millones de células sanas crecen y se dividen para formar millones de células más, el cuerpo entero crece.

La reparación es lo mismo que el crecimientoCuando te estás recuperando de una lesión o simplemente sanándote de una cortadura, en

realidad estás creciendo, por lo menos a nivel celular. El cuerpo se repara creciendo las nuevas células y partes de célula que son necesarias para arreglar las que están dañadas. Las células individuales se envejecen y mueren, y necesitan ser reemplazadas por nuevas células. El crecimiento celular siempre está teniendo lugar, incluso en las personas adultas, quienes aunque no estén creciendo más de estatura, aún necesitan crecer nuevas células para reemplazar las células viejas y reparar las dañadas.

Lo que necesitan las células para el crecimiento y la reparación Para crecer y repararse, las células combinan moléculas de aminoácidos y así forman moléculas de proteína más grandes. Esas nuevas proteínas construyen nuevas células y partes de células. El crecimiento y la reparación también exigen energía, así que las células también necesitan glucosa y oxígeno para liberar la energía necesaria para estas funciones importantes.

Cuando el cuerpo crece o se repara, las células se dividen para formar más células.

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El gran ascenso P1

El gran ascensoUna historia en escala grande y pequeña

Diego y Gabe están parados al lado de un árbol en la base de un enorme precipicio. La roca se extiende hacia arriba cientos de pies por encima de ellos. Para mañana, los hermanos piensan estar parados en la cima, mirando hacia abajo al mismo árbol. Primero tendrán que subir

acarreando su propio peso y además el de las cosas que necesitan para escalar, y toda su agua y comida. Diego está emocionado por realizar su primer ascenso de dos días junto a su hermano. Dormirán en una plataforma especial después de la primera parte del ascenso, y luego terminarán el ascenso hasta la cumbre por la mañana. Diego y Gabe han estado planificando este viaje durante meses, entrenando en el gimnasio y al aire libre.

7:46 a.m.: a prepararseQué está sucediendo a escala grandeEsta mañana, Diego y Gabe comieron platos grandes de avena y nueces para el desayuno. Su comida tenía mucho almidón y un poco de proteína también. Parado en la base del precipicio, Diego se estira y respira profundo.

Qué está sucediendo a escala pequeñaEl metabolismo de Diego ya está en marcha, aunque no ha empezado a escalar. Los alimentos que Diego comió al desayuno se están trasladando por su sistema digestivo. Enzimas digestivas están descomponiendo las moléculas

Diego y Gabe se preparan para empezar a escalar después de meses de entrenamiento.

El cuerpo de Diego usa glucosa y oxígeno para liberar la energía que él necesita para escalar.

oxígeno entrando a la sangre

moléculas de almidón descomponiéndose en glucosa

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P2 El gran ascenso

Cada músculo está compuesto por tejido muscular, el cual está compuesto por muchas células musculares.

tejido muscularcélula muscular

vista de los músculos dentro del brazo de Diego

de almidón de los alimentos y convirtiéndolas en moléculas de glucosa, como también están descomponiendo moléculas de proteína y convirtiéndolas en moléculas de aminoácidos. Algunas de las moléculas ya están pasando a la sangre de Diego en su sistema circulatorio. Mientras Diego inhala, oxígeno entra a su sistema respiratorio y pasa de sus pulmones a su sangre. Las células de Diego van a necesitar estas moléculas mientras escala el precipicio.

9:13 a.m.: alcanzando la primera salienteQué está sucediendo a escala grandeDiego empieza a escalar hacia su hermano, quien subió primero y está esperándolo en la primera saliente de roca. Diego se afirma de unos agarres para las manos y sube. Estira la mano bien arriba para alcanzar una pequeña fisura en la roca, y se afirma mientras empuja con las piernas. Los músculos de sus piernas y brazos arden mientras escala más y más arriba. La última secuencia es la más difícil, pero Diego lo logra, y luego se sienta en la saliente de roca al lado de su hermano, respirando fuerte. “¡Muy bien hecho!” dice Gabe. “Más o menos veinte más vías así y estaremos en la cima”.

Los músculos de Diego trabajan fuerte mientras él escala por la muralla de roca.

Cuando Diego mueve su brazo, se mueven los músculos en su brazo. Cuando se mueven los músculos en su brazo, se mueve cada célula en su brazo.

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El gran ascenso P3

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Qué está sucediendo a escala pequeñaMientras Diego se estira hacia un agarre y tira de sí mismo hacia arriba, los músculos en su brazo jalan sus huesos para hacer que los movimientos sucedan. Los músculos de Diego están compuestos por tejido muscular, y el tejido muscular está compuesto por diminutas células musculares. Para que los músculos de Diego se muevan, cada célula muscular tiene que moverse. Los movimientos de billones de células musculares se suman para permitir el movimiento de Diego sobre la roca.

Cada célula muscular necesita liberar energía para moverse. La energía es liberada dentro de unas partes de las células llamadas mitocondrias. Dentro de las mitocondrias, cuando las moléculas de glucosa y oxígeno se combinan en una reacción química llamada respiración celular, se libera energía. Las células en los músculos de Diego absorben oxígeno y glucosa de su sangre. Las células agotan las moléculas rápidamente, y envían señales para comunicarle a su cerebro que necesitan más. Estas señales causan que Diego respire más rápido y hacen que empiece a sentir hambre.

1:17 p.m.: una decisión importanteQué está sucediendo a escala grandeHan logrado pasar el punto medio de la ruta. Diego hace una pausa para ponerse polvo magnesio en las manos y llama a Gabe. Han estado tomando turnos yendo primero y siguiendo. Ahora le toca a Diego ir primero, y está buscando lugares donde poner los pies y agarres para las manos mientras escala. Diego tiene que decidir dónde poner la próxima pieza de protección que afirmará su cuerda. Ve dos pequeñas fisuras que podrían servir, pero no está seguro cuál es mejor. Si elige la fisura equivocada y se cae, la pieza podría soltarse, y eso acabaría mal... muy mal.

Diego inspecciona las dos fisuras de cerca y las siente con los dedos, tratando de decidir. Es difícil concentrarse. Diego respira profundo. Mira de nuevo, y ahora está seguro: La fisura a la izquierda es perfecta. Coloca una pieza de protección y engancha la cuerda.

En la mitocondria, la glucosa y el oxígeno se combinan para formar dióxido de carbono y agua, liberando energía. Este proceso se llama respiración celular.

Mientras Diego piensa, las células de su cerebro envían y reciben señales. ¡Esto toma energía! Por eso sus células cerebrales necesitan mucho oxígeno para la respiración celular.

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P4 El gran ascenso

Qué está sucediendo a escala pequeñaMientras Diego inspecciona y siente la roca, receptores sensoriales en sus ojos y dedos reúnen información sobre cómo se ve y se siente la roca. Los receptores sensoriales envían señales a las células cerebrales de Diego. Estas señales son mensajes que le ayudan a resolver cuál es el siguiente paso. Mientras Diego piensa, más señales se mueven de una célula cerebral a otra. Cada señal necesita energía para enviarse. La energía es liberada por la respiración celular en las células de Diego. Es posible que Diego haya tenido problemas para concentrarse porque a sus células cerebrales les hacía falta la glucosa o el oxígeno que son necesarios para liberar energía. De hecho, las células cerebrales liberan y utilizan el doble de energía que cualquier otro tipo de célula en el cuerpo. Respirar profundo llevó más oxígeno a las células cerebrales de Diego.

6:23 p.m.: mantenerse caliente durante la nocheQué está sucediendo a escala grandeDiego y Gabe han puesto una plataforma especial que está asegurada a la roca. ¡Esta noche dormirán a cientos de pies del suelo! Están cerca de la cima, pero el sol está empezando a ponerse y no pueden escalar en la oscuridad. Diego nunca ha tenido más hambre en su vida. ¿Quién hubiera pensado que los fideos instantáneos podían ser tan deliciosos? Ahora el sol se ha puesto y hace frío. Diego y Gabe se meten en sus sacos de dormir dentro de la tienda de campaña. Diego tirita, con el cuerpo entero temblando. Pero pronto entra en calor y se duerme, soñando con cuerdas y roca.

Qué está sucediendo a escala pequeñaMientras Diego tirita, sus músculos tiemblan con movimientos diminutos. Estos movimientos calientan su cuerpo. Cada célula de músculo que se mueve libera energía a través de la respiración celular. Estas células utilizan la glucosa de su cena y el oxígeno de su aliento. La noche entera, mientras Diego duerme, su metabolismo sigue trabajando. Sus células no usan tanto oxígeno

Gabe está tiritando igual que Diego. Las células por todo su cuerpo están liberando energía para mantenerse caliente, digerir su cena y hacer todas las otras cosas que las células necesitan hacer.

En cada momento, las mitocondrias dentro de las células por todo el cuerpo están absorbiendo oxígeno y glucosa y liberando energía a través de la respiración celular.

y glucosa como usaron durante el día, pero aún liberan energía para bombear sangre, digerir el resto de su cena, mantenerse caliente, reparar pequeñas heridas y hasta soñar.

11:34 a.m.: la cumbreEl próximo día, después de una mañana escalando, Gabe y Diego alcanzan la cima. Miran hacia abajo al árbol donde empezaron. Se ve tan chico como una aguja. Es un gran logro, y todo gracias a las acciones invisibles dentro de sus cuerpos y células.

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