Biología, la vida en la tierra con fisiología Tomo 01-páginas-7

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UNIDAD
La vida de la célula
Las células pueden ser organism os com plejos e 
independientes, com o este protista de agua dulce, un ciliado 
del género Vorticella, que consta de un cuerpo celu lar grande 
y redondo con una “boca" en la parte superior. De ésta se 
proyectan cilios que se agitan y producen corrientes de agua « 
que acarrean alim ento (protistas más pequeños y bacterias). 
Un tallo retorcido une a la Vorticella con objetos de su medio 
de agua dulce. Cuando la célula siente una perturbación, el 
tallo se contrae rápidam ente para alejar al cuerpo celular 
del peligro.
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E s tu d io de caso
Aplastados por el hielo
BASTARON C IN C O M INUTOS para que el 
E n d u ra n c e desapareciera en las profundidades 
del m ar. p ero e l cap itán no se hundió con 
su barco n i su tripu lac ión corrió pelig ro de 
ahogarse. O bservaron desde e l h ie lo , a salvo 
pero abatidos, donde habían acam pad o tres 
sem anas antes.
Capitaneado p o r e l exp lorador y aventurero 
sir Ernest Shack leton, e l E n d u ra n c e y su 
tripulación d e c ientíficos y m arinos veteranos 
habían zarpado d e P lym outh . Inglaterra, en 
agosto de 1914. Su m eta: c ru z a r la Antártica 
en un trineo de perros v ía e l polo Sur. C inco 
meses después, cuando e l barco dejó a trás e l 
mar d e W edde ll en d irección d e su atracadero, 
un tiem po frío fuera d e tem porada conge ló las 
aguas q u e lo rodeaban y , litera lm ente, atrapó 
a l barco en tre e l h ie lo y lo aplastó lentam ente.
La tripulación pasó a bordo noches en vela 
m ientras rech inaba la m adera a lrededor de 
sus literas: cru jía , se agrietaba y . a veces, se 
astillaba. C uando la presión am enazó con partir 
las cub iertas bajo los pies d e los m arineros, 
Shackleton o rdenó a la tripu lac ión q u e evacuara 
y q u e usaran los trineos para acarrear sus 
provisiones a l h ie lo , donde m ontaron un 
cam pam ento.
El 2 1 d e noviem bre d e 1915. e l E n d u ra n c e 
se m ovió . La popa se e le vó conform e e l barco se 
deslizaba bajo e l h ie lo . Shackleton y su 
tripulación ob serva ron sobrecogidos desde una 
d istancia prudente. Tuvie ron q u e soportar otros 
tres m eses d e frío incesante en e l cam pam ento 
congelado, en espera d e que e l h ie lo aflojara 
sus tenazas y e l m ar fuera navegab le para los 
pequeños botes que hab ían rescatado de l barco 
condenado.
El E n d u ra n c e q u e d ó atrapado y se hundió 
ap lastado p o r e l h ie lo en expansión q u e flotaba 
sobre e l m ar Antártico . La m ayoría d e los 
líquidos, inc luyendo e l agua, se contraen y se 
vue lven m ás densos a l en friarse ; pero cuando 
e l agua se conge la , sufre u n a transform ación 
inusitada que produce un só lido q u e es 
menos d en so y q ue . p o r tanto , flo ta en lo que 
queda líqu ido . ¿Po r qué ocu rre es to ? ¿Por qué 
e l E n d u r a n c e quedó ap lastado p o r e l hielo 
a su a lrededor? ¿Q ué in fluencia tienen las 
propiedades pecu liares de l ag u a en la v id a en la 
T ierra?
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Álom os, moléculas y vida 21
De un v is ta z o
Estud io d a caso A p lastados por e l h ie lo
2.1 ¿Q u é son los á to m o s ?
Los átom os, las unidades estructurales básicas de los elementos, 
están compuestos por panículas todavía m ás pequeñas
investigación c ientífica La rad iactiv idad e n la 
investigación
2.2 ¿C ó m o in te ractúan los á to m o s p a ra fo rm a r 
m o lécu las?
Los átom os interactúan co n o tros á to m o s cuando hay vacíos 
en su capa electrónica externa
Los rad icales libres reaccionan fuertem ente y pueden d añ a r 
las células
Enlaces con la vida d iaria Bueno ..., ¿q u é g as d ebería usar 
para in fla r m i d ir ig ib le o para lle n a r el tan q u e d e mi 
autom óvil?
Los enlaces quím icos unen a los á to m o s en moléculas
A
Se form an enlaces ión icos entre á to m o s con carga e léctrica 
diferente llam ados iones
Guardian d e la salud ¿E s bueno e l chocolate para la salud?
Se form an enlaces covalentes entre á to m o s sin carga que 
com parten dectrones
Los enlaces d e hidrógeno son fuerzas d e atracción entre 
m oléculas polares
2.3 ¿P o r qué el agua es tan im portante para la v ida?
Las m oléculas de agua se atraen entre s í 
E l agua interactúa con m uchas o tras moléculas
Estudio d « caso continuación Aplastados por e l hielo 
l a s soluciones en agua pueden ser ácidas, básicas o neutras 
E l agua m odera los efectos d e los cam bios d e tem peratura 
Estudio d a caso continuación Aplastados por e l hielo 
E l agua form a un sólido s ingu la r el hielo
Estudio da caso o tro v is tazo Aplastados por e l hielo
2.1 ¿Q U É SO N LO S Á T O M O S ?
S i cortas e n panes u n d iam ante (u n a form a d e carbono), cada par­
te seguirá s ie n d o carbono. S i pudieras hacer d ivisiones m ás y más 
pequeñas d e estas partes, a l fina l tendrías u n m o n tó n d e á to m o s de 
ca rbono tan pequeños, q ue 1 0 0 m illones puestos e n fila se exten­
derían apenas e n un centím etro.
Los átom os, las unidades estructurales básicas 
de b s elem entos, están com puestos 
por partículas tod avía más pequeñas
13 ca rbono es un e jem p lo d e u n e lem en to , una sustancia q ue no 
puede separarse e n sustancias m ás s im p les n i convertirse e n otras 
sustancias p o r m edios quím icos ord inarios (n o podrías m o d ifica r 
elementos e n e l laboratorio d e quím ica d e n i escuela), lo s e lem en­
tos, so los o com b inados, fo rm an toda la materia. lo s á to m o s son 
las unidades estructurales fundam entales d e los elem entos; cada 
á to m o conserva todas las propiedades d e su e lem ento. Po r su parte, 
los átom os están compuestos d e un núcleo central a lrededor del 
cual orbitan electrones (H G U R A 2-1). FJ n ú c le o a tó m ico (llam ado 
sim plem ente 'n ú c le o ') contiene dos clases d e partículas subatóm i­
cas: p ro to n es , con carga positiva, y n e u tro n e s , s in carga, lo s e lec­
t ro n e s e n órbita a lrededor d e l núcleo son partículas m u y ligeras y 
con carga negativa. En general, los átom os tienen el m ism o núm ero 
de electrones y protones, de m o d o que son eléctricam ente neutros.
N o v e n ta y d o s tipos d e á to m o s se fo rm an d e m anera n a tu ­
ral y co m p o n e n la u n id ad estructura l d e u n e lem en to d iferen te. 
EJ nú m ero d e p ro tones del n ú c leo , e l n ú m e ro a tó m ic o , es la 
característica q ue d e f in e a cada e lem en to . P o r e je m p lo , to d o á to ­
m o d e h id ró gen o tien e u n p ro tó n e n el n ú c leo , to d o á to m o de 
ca rb o n o tien e seis p ro to n es y to d o á to m o d e ox ígeno tien e o ch o ; 
p o r tan to , e l n ú m e ro a tó m ico d e estos á to m o s es I , 6 y 8, respec­
tivam ente . Pa ra e q u ilib ra r la carga p os itiva d e los p ro tones hay
(a) H idrógeno (H ) f>) Helio (H e)
A F IG U R A 2-1 M o d e lo s a tó m ic o s Representaciones 
estructúralos de los dos átom os m ás pequeños, (a ) hidrógeno y 
(b ) helio. En estos modelos simplificados, los electrones (azul claro) 
se representan como planetas en miniatura que recorren órbitas 
especificas alrededor d e un núcleo que contiene protones (dorado) 
y neutrones (azul oscuro).
u n nú m ero ig ua l d e electrones. C ad a e lem en to tien e p rop ied a­
des físicas y q u ím icas exclusivas, basadas e n el n ú m e ro y la co n ­
fig u rac ión d e las partícu las subatóm icas. P o r e jem p lo , a lgunos 
e lem entos, co m o el ox ígeno y el h id ró gen o , so n gases a tem pe­
ra tu ra am b ien ta l; o tros, co m o e l p lo m o , s o n só lid o s extrem ada­
m ente densos. A lg u no s reaccionan fác ilm en te con o tros á tom os; 
o tros m ás p erm anecen inertes.En la b io sfera , casi to d o s los ele­
m entos aparecen e n cantidades pequeñas y pocos son esenciales 
para la v id a e n la T ierra. E n la tab la p erió d ica (ap é n d ice I I ) , los 
e lem en tos se o rgan izan p o r su nú m ero a tó m ico (h ile ra s o fam i­
l ia s ) y sus p rop iedades q u ím icas (co lu m n a s o p er io d o s ). En la 
Tabla 2-1 se e ncuen tran los e lem en to s m ás c o m u n a d e los seres 
v ivo s . C u a tro e lem entos: ox igeno , ca rbo n o , h id ró gen o y n itró ­
geno, su m an a lrededo r d e 9 6 % d e l peso d e l cu e rp o h u m an o ; 
e n el r a t o d e los o rgan ism os, el porcen ta je es p a re d d o . P o r este 
m o tivo , estos e lem en tos a veces se lla m a n los 'la d r i l lo s ' d e la 
v id a e n la 'líe rra .
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2 2 H ] : i l » 7 J H l U v * d a d e la c é lu la
□•m entó atóm ico*
M asa
atómica*
% por peso en el 
cuerpo hum ano1
Oxigeno (O) 8 16 65
Carbono (C) 6 12 18.5
H idrógeno (H ) 1 1 9.5
N itrógeno (N I 7 14 3.0
C a ld o (Ca) 20 40 1.5
Fósfo ro <P) IS 31 1.0
Po tas io (K ) 19 39 0.35
Azufre (S) 16 32 0.25
Sod io (N a) I I 23 a i s
d o ro (Cn 17 35 a i s
M agnesio (Mg) 12 24 ao s
H o r ro (Fe ) 26 56 Trazas
F lú o r (F) 9 19 Tfazas
Z inc (Zn) 10 65 Trazas
' H a m p o n o o l i o n U n w o O e p « ) M r « s t * e l ( W W i c o n » < c
1 M u i a t e m e e n u i M U I d e f r o m n e » . n e u l r e n e » y t f « W > n « O r o g n l V * n l r l U i d * r u
« U n i K t o n d e u l a t
’ é o i e e o u j e a p o n n u d o d e l d e m e n t o . p o r p e t o e n e l a i p p o U i r r u r o .
T o d o s los átom os, sa lvo el h id rógeno, tienen m ás de un 
p rotón e n e l núcleo. Pero los protones, co m o tienen carga po­
sitiva , se repe len unos a otros. ¿C ó m o es q ue se com pactan en 
e l n ú c leo ? La respuesta es tá e n los neu trones, q u e actúan co m o 
'ap ac ig u ad o res ' en tre los protones para que estén unos ju n to a 
otros. Los neutrones tienen la m ism a m asa q u e los protones y 
todos los átom os, sa lvo e l h idrógeno, tienen neu trones. 1 .a m asa 
a tó m ica de u n e lem en to [véase e l apénd ice I I ) e s la m asa to ta l de 
p ro to n es neu trones y e lectrones ( la m asa d e los e lectrones es in ­
significante e n com parac ión con la d e protones y neu trones). lo s 
átom os del m ism o e lem en to tienen a veces u n n ú m e ro d ife ren ­
te d e neu trones; cu a n d o esto o cu n e , los átom os se llam an Is ó to ­
p o s de cada uno. 1.a m asa a tó m ica de esos e lem en tos es u n pro­
m ed io que t ie n e e n cuen ta la ab un danc ia relativa d e los isótopos 
d e u n e lem en to . C as i to d o s los isótopos son estables, p ero algu­
nos son ra d ia c t iv o s ; es decir, se des in tegran espontáneam ente, 
fo rm an otros á to m o s y liberan energ ía d u ran te el proceso. Los 
isó topos rad iactivas son herram ientas extrem adam ente útiles 
para estud iar los procesos b io lóg icos [véase e l apartado 'In v e s t i ­
g ac ión científica : la rad iactiv idad e n la in vestig ació n ").
Lo s e le c tro n e s o c u p a n re g io n e s e sp e c if ic a s l la m a d a s 
“ c a p a s e le c t ró n ic a s " q u e c o r re s p o n d e n a d is t in to s 
n ive les d e e n e rg ía
C o m o sabrás, por hab e r experim entado con im anes, los polos 
iguales se rechazan y los opuestos se atraen. D e la m ism a m an e ­
ta, los electrones, q ue tienen carga eléctrica negativa, se repelen y 
son atra ídos por los protones con carga positiva d e l núcleo. U n 
á to m o co n m uchos protones e n el n ú d e o necesita m uchos elec­
trones para com pensarlos, listos electrones orbitan e l núcleo ató ­
m ico e n espacios trid im ensionales b ien defin idos llam ado s cap as 
e le c tró n ic a s . Para sim plificar, d ibu jam os estas capas co m o an illos 
d e d iám etro creciente alrededor del n ú d e o (F IG U R A 2-2). Cuanto 
m ás le jos e»té un a capa electrónica del nú d eo , m ayor es la energía 
de los electrones q ue la ocupan.
lo s electrones d e un á to m o llenan prim ero la capa m ás cer­
cana a l n ú d eo y luego ocupan capas d e niveles superiores. La capa 
electrónica m ás cercana a l n ú d eo a tó m ico só lo puede contener 
dos electrones, los cuales llevan la m enor energ ía posible. l a prim era 
capt es la ún ica e n los átom os d e hidrógeno y helio [véase la figura 
2-1). La segunda capa, correspondiente a u n n ive l de energía supe­
rior, puede tener hasta ocho electrones. Así, un á to m o d e carbono 
con seis electrones tiene dos e n la prim era capa y cuatro e n la segu n- 
d a [lé a se la figura 2-2). Observa que los electrones se distribuyen 
por separado e n cuatro regiones conform e llenan una capa exterior; 
conform e se sum an electrones para equ ilib ra r las cargas positivas de 
núcleos m ás grandes, los electrones com ienzan a form ar pares.
Los núcleos y las capas atóm icas cum plen fu n d o n e s co m ­
p lem entarías e n los átom os. Los nú d eu s (su p o n ien d o q ue n o son 
rad iactivos) dan estab ilidad , m ien tras q ue las capas electrónicas
Carbono ( Q Oxígeno (O ) Fósforo (P ) Ctricio (Ca)
G G O ®
A F IG U R A 2-2 C a p a s e le c tró n ic a s d e lo s á to m o s Casi todos los átom os biológicamente importantes 
Benen por lo m enos dos capas electrónicas, la primera capa, la más cercana al núcleo, puede contener dos 
electrones, l a siguiente contiene un máximo de ocho, l a s capas más distantes aceptan más electrones.
P R E G U N T A ¿Por q ué los átom os que reaccionan con otros tienen capas exteriores Incompletas?
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