Biologia la Vida en La Tierra-comprimido-64

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32 Capítulo 2 ÁTOMOS, MOLÉCULAS Y VIDA
Los amortiguadores ayudan a mantener 
las soluciones en un pH relativamente constante
En casi todos los mamíferos, incluidos los seres humanos, tan-
to el interior de la célula (citoplasma) como los fluidos que la
bañan son casi neutros (pH de entre 7.3 y 7.4). Aumentos o
disminuciones pequeños en el pH podrían causar cambios
drásticos tanto en la estructura como en el funcionamiento de las
moléculas biológicas, provocando la muerte de algunas células
o de todo el organismo. No obstante, las células vivas bullen
con reacciones químicas que captan o generan H+. ¿Cómo,
entonces, el pH se mantiene generalmente constante? La res-
puesta radica en los muchos amortiguadores que se encuen-
tran en los organismos vivos. Un amortiguador (buffer) es un
compuesto que tiende a mantener una solución a un pH cons-
tante captando o liberando H+, en respuesta a cambios pe-
queños en la concentración de H+. Si aumenta la
concentración de H+, los amortiguadores se combinan con
ellos; si disminuye la concentración de H+, los amortiguadores
liberan H+. De manera que la concentración de H+ vuelve a
su nivel original. Entre los amortiguadores que suelen hallar-
se en los organismos vivos están el bicarbonato (HCO3
�) y el
fosfato (H2PO4
� y HPO4
2�
+, dependiendo de las circunstancias. Si la sangre se vuelve
demasiado ácida, por ejemplo, el bicarbonato acepta H+ para
formar ácido carbónico:
Si la sangre se vuelve demasiado básica, el ácido carbónico
libera iones hidrógeno, los cuales se combinan con los iones
hidróxido en exceso para formar agua:
En ambos casos, el resultado es que el pH de la sangre se
mantiene cerca de su valor normal.
El agua modera los efectos de los cambios 
de temperatura
Nuestro cuerpo y los cuerpos de otros organismos sólo pueden
sobrevivir dentro de un intervalo de temperaturas limitado.
Como veremos en el capítulo 6, las temperaturas elevadas lle-
gan a dañar enzimas que dirigen las reacciones químicas indis-
pensables para la vida. Las temperaturas bajas también son
peligrosas, porque la acción de las enzimas se vuelve más lenta
conforme desciende la temperatura. Las temperaturas bajo 
cero dentro del cuerpo suelen ser mortales, porque los cristales
de hielo pueden romper las células. Por fortuna, el agua tiene
propiedades importantes que moderan los efectos de los cam-
bios de temperatura. Tales propiedades ayudan a mantener los
cuerpos de los organismos dentro de límites de temperatura to-
lerables. Además, los lagos grandes y los océanos ejercen un
efecto moderador sobre el clima de las tierras colindantes, las
hacen menos frías en invierno y más frescas en verano.
Calentar agua requiere mucha energía
La energía necesaria para elevar en 1°C la temperatura de un
gramo de una sustancia es su calor específico. A causa de su
naturaleza polar y sus puentes de hidrógeno, el agua tiene un
calor específico muy alto y, por lo tanto, modera los cambios
de temperatura. La temperatura refleja la rapidez de las mo-
léculas; cuanto más alta sea la temperatura, mayor será su ra-
pidez promedio. En términos generales, si en un sistema in-
gresa energía en forma de calor, las moléculas de ese sistema
se moverán más rápidamente y se incrementará la temperatu-
ra del sistema. Recuerda que las moléculas de agua individua-
les están débilmente enlazadas entre sí mediante puentes de
hidrógeno (véase la figura 2-10). Cuando entra calor en un
sistema acuoso como un lago o una célula viva, gran parte de
esa energía calorífica se consume inicialmente rompiendo
puentes de hidrógeno, y no acelerando moléculas individua-
les. Por ello, se necesita más energía para calentar agua que
para calentar la misma cantidad de la mayoría de las demás
sustancias. Una caloría de energía, por ejemplo, eleva 1°C la
temperatura de 1 gramo de agua; mientras que sólo se requie-
ren 0.02 calorías para calentar a esa temperatura 1 gramo de
roca común, como mármol. Así, la energía necesaria para ca-
lentar una libra de agua, es decir, 454 g (casi medio litro), tan
sólo 1°C elevaría 50°C la temperatura de 454 g de roca. Por
esa razón, si una lagartija desea calentarse, buscará una roca,
no un charco, ya que luego de estar expuesta a la misma can-
tidad de calor del sol, la roca estará mucho más caliente. Pues-
to que el cuerpo humano es agua en su mayoría, una persona
que se asolea puede absorber mucha energía térmica sin ele-
var demasiado la temperatura de su cuerpo (FIGURA 2-16A).
El agua modera las temperaturas altas y bajas
El agua modera los efectos de las temperaturas altas porque
se requiere mucha energía térmica (539 calorías por gramo)
para convertir agua líquida en vapor de agua. Esto también se
debe a la naturaleza polar de las moléculas de agua y a los
puentes de hidrógeno que se interconectan con ellas. Para que
una molécula de agua se evapore, debe absorber suficiente
energía para moverse con la rapidez suficiente para romper
todos los puentes de hidrógeno que la unen a las demás mo-
léculas de agua de la solución. Sólo las moléculas de agua más
aceleradas, aquellas que llevan más energía, pueden romper
sus puentes de hidrógeno y escapar al aire como vapor de
agua. El líquido restante se enfría por la pérdida de esas mo-
léculas de alta energía. En un caluroso día de verano, cuando
los niños juguetean en torno a un rociador (aspersor) de cés-
ped y sus cuerpos se cubren de agua, hay transferencia de
energía térmica de su piel al agua, la cual absorbe más ener-
gía conforme se evapora (FIGURA 2-16B). Cuando transpiras,
al evaporarse el sudor se produce una gran pérdida de calor
sin mucha pérdida de agua. El calor necesario para evaporar
el agua es su calor de vaporización (el calor de vaporización
del agua es uno de los más altos que se conocen).
Congelar agua requiere mucha energía
Por último, el agua modera los efectos de las bajas temperatu-
ras, ya que es preciso extraer una cantidad considerablemen-
te grande de energía de las moléculas de agua líquida, para
que éstas formen la disposición cristalina precisa del hielo
(véase la siguiente sección). Por ello, el agua se congela más
lentamente que muchos otros líquidos a una temperatura 
dada y cede más calor al ambiente al hacerlo. Esta propiedad
de una sustancia es su calor de fusión, el cual es muy alto en
el caso del agua.
El agua forma un sólido singular: El hielo
El agua se convierte en sólido después de una exposición pro-
longada a temperaturas por debajo de su punto de congela-
HCO3
– + H+ H2CO3
(bicarbonato) (ion hidrógeno) (ácido carbónico)
H2CO3 + OH
– HCO3
– + H2O
(ácido carbónico) (ion hidróxido) (bicarbonato) (agua)